我们为什么要优化内存
在 Android 中我们写的 .java 文件，最终会编译成 .class 文件, class 又由类装载器加载后，在 JVM 中会形成一份描述 class 结构的元信息对象，通过该元信息对象可以知道 class 的结构信息 (构造函数、属性、方法)等。
JVM 会把描述类的数据从 class 文件加载到内存，Java 有一个很好的管理内存的机制，垃圾回收机制 GC 。
为什么 Java 都给我们提供了垃圾回收机制，程序有时还会导致内存泄漏，内存溢出 OOM，甚至导致程序 Crash 。接下来我们就对实际开发中出现的这些内存问题，来进行优化。
JAVA 虚拟机
我们先来大概了解一下 Java 虚拟机里面运行时的数据区域有哪些。
线程独占区
程序计数器
- 相当于一个执行代码的指示器，用来确认下一行执行的地址
- 每个线程都有一个
- 没有 OOM 的区
虚拟机栈
- 我们平时说的栈就是这块区域
- java 虚拟机规范中定义了 OutOfMemeory , stackoverflow 异常
本地方法栈
- java 虚拟机规范中定义了 OutOfMemory ，stackoverflow 异常
注意
- 在 hotspotVM 中把虚拟机栈和本地方法栈合为了一个栈区
线程共享区
方法区
- ClassLoader 加载类信息
- 常量、静态变量
- 编译后的代码
- 会出现 OOM
- 运行时常量池
- public static final
- 符号引用类、接口全名、方法名
java 堆 (本次需要优化的地方)
- 虚拟机能管理的最大的一块内存 GC 主战场
- 会出现 OOM
- 对象实例
- 数据的内容
JAVA GC 如何确定内存回收
随着程序的运行，内存中的实例对象、变量等占据的内存越来越多，如果不及时进行回收，会降低程序运行效率，甚至引发系统异常。
目前虚拟机基本都是采用可达性分析算法，为什么不采用引用计数算法呢？下面就说说引用计数法是如果统计所有对象的引用计数的，再对比可达性分析算法是如何解决引用计数算法的不足。下面就来看下这 2 个算法：
引用计数算法
每个对象有一个引用计数器，当对象被引用一次则计数器加一，当对象引用一次失效一次则计数器减一，对于计数器为 0 的时候就意味着是垃圾了，可以被 GC 回收。
下面通过一段代码来实际看下
public class GCTest {
private Object instace = null;
public static void onGCtest() {
//step 1
GCTest gcTest1 = new GCTest();
//step 2
GCTest gcTest2 = new GCTest();
//step 3
gcTest1.instace = gcTest2;
//step 4
gcTest2.instace = gcTest1;
//step 5
gcTest1 = null;
//step 6
gcTest2 = null;
}
public static void main(String[] arg) {
onGCtest();
}
}
分析代码
//step 1 gcTest1 引用 + 1 = 1
//step 2 gcTest2 引用 + 1 = 1
//step 3 gcTest1 引用 + 1 = 2
//step 4 gcTest2 引用 + 1 = 2
//step 5 gcTest1 引用 - 1 = 1
//step 6 gcTest2 引用 - 1 = 1
很明显现在 2 个对象都不能用了都为 null 了，但是 GC 确不能回收它们，因为它们本身的引用计数不为 0 。不能满足被回收的条件，尽管调用 System.gc() 也还是不能得到回收, 这就造成了 内存泄漏 。当然，现在虚拟机基本上都不采用此方式。
可达性分析算法
从 GC Roots 作为起点开始搜索，那么整个连通图中额对象边都是活对象，对于 GC Roots 无法到达的对象便成了垃圾回收的对象，随时可能被 GC 回收。
可以作为 GC Roots 的对象
- 虚拟机栈正在运行使用的引用
- 静态属性 常量
- JNI 引用的对象
GC 是需要 2 次扫描才回收对象，所以我们可以使用 finalize 去救活丢失的引用
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
instace = this;
}
到了这里，相信大家已经能够弄明白这 2 个算法的区别了吧？反正对于对象之间循环引用的情况，引用计数算法无法回收这 2 个对象，而可达性是从 GC Roots 开始搜索，所以能够正确的回收。
不同引用类型的回收状态
强引用
Object strongReference = new Object()
如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它，当内存空间不足， Java 虚拟机宁愿抛出 OOM 错误，使程序异常 Crash ,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题.如果强引用对象不再使用时，需要弱化从而使 GC 能够回收，需要：
strongReference = null; //等 GC 来回收
还有一种情况，如果：
public void onStrongReference(){
Object strongReference = new Object()
}
在 onStrongReference() 内部有一个强引用，这个引用保存在 java 栈 中，而真正的引用内容 （Object）保存在 java 堆中。当这个方法运行完成后，就会退出方法栈，则引用对象的引用数为 0 ，这个对象会被回收。
但是如果 mStrongReference 引用是全局时，就需要在不用这个对象时赋值为 null ,因为 强引用 不会被 GC 回收。
软引用 (SoftReference)
如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存，只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收， java 虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。
注意: 软引用对象是在 jvm 内存不够的时候才会被回收，我们调用 System.gc() 方法只是起通知作用， JVM 什么时候扫描回收对象是 JVM 自己的状态决定的。就算扫描到了 str 这个对象也不会回收，只有内存不足才会回收。
弱引用 (WeakReference)
弱引用与软引用的区别在于: 只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
弱引用可以和一个引用队列联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java 虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。
可见 weakReference 对象的生命周期基本由 GC 决定，一旦 GC 线程发现了弱引用就标记下来，第二次扫描到就直接回收了。
注意这里的 referenceQueuee 是装的被回收的对象。
虚引用 (PhantomReference)
@Test
public void onPhantomReference()throws InterruptedException{
String str = new String("123456");
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
// 创建虚引用，要求必须与一个引用队列关联
PhantomReference pr = new PhantomReference(str, queue);
System.out.println("PhantomReference:" + pr.get());
System.out.printf("ReferenceQueue:" + queue.poll());
}
虚引用顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。
虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于: 虚引用必须和引用队列 (ReferenceQueue) 联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。
总结
| 引用类型 | 调用方式 | GC | 是否内存泄漏 |
|---|---|---|---|
| 强引用 | 直接调用 | 不回收 | 是 |
| 软引用 | .get() | 视内存情况回收 | 否 |
| 弱引用 | .get() | 回收 | 不可能 |
| 虚引用 | null | 任何时候都可能被回收，相当于没有引用一样 | 否 |
分析内存常用工具
工具很多，掌握原理方法，工具随意挑选使用。
- top/procrank
- meinfo
- Procstats
- DDMS
- MAT
- Finder - Activity
- LeakCanary
- LeakInspector
内存泄漏
产生的原因: 一个长生命周期的对象持有一个短生命周期对象的引用，通俗点讲就是该回收的对象，因为引用问题没有被回收，最终会产生 OOM。
下面我们来利用 Profile 来检查项目是否有内存泄漏
怎么利用 profile 来查看项目中是否有内存泄漏
1. 在 AS 中项目以 profile 运行
2. 在 MEMORY 界面中选择要分析的一段内存，右键 export
Allocations: 动态分配对象个数
Deallocation: 解除分配的对象个数
Total count: 对象的总数
Shalow Size: 对象本身占用的内存大小
Retained Size: GC 回收能收走的内存大小
3. 转换 profile 文件格式
* 将 export 导出的 dprof 文件转换为 Mat 的 dprof 文件
* cd /d 进入到 Android sdk/platform-tools/hprof-conv.exe
```
//转换命令 hprof-conv -z src des
D:\Android\AndroidDeveloper-sdk\android-sdk-windows\platform-tools>hprof-conv -z D:\temp_\temp_6.hprof D:\temp_\memory6.hprod
```
4. 下载 Mat 工具
5. 打开 MemoryAnalyzer.exe 点击左上角 File 菜单中的 Open Heap Dupm
6. 查看内存泄漏中的 GC Roots 强引用
这里我们得知是一个 ilsLoginListener 引用了 LoginView,我们来看下代码最后怎么解决的。
代码中我们找到了 LoginView 这个类，发现是一个单例中的回调引起的内存泄漏，下面怎么解决勒，请看第七小点。
7. 2种解决单例中的内存泄漏
- 将引用置为 null
/**
* 销毁监听
*/
public void unRemoveRegisterListener(){
mMessageController.unBindListener();
}
public void unBindListener(){
if (listener != null){
listener = null;
}
}
-
使用弱引用
``` //将监听器放入弱引用中 WeakReference<IBinderServiceListener> listenerWeakReference = new WeakReference<>(listener); //从弱引用中取出回调 listenerWeakReference.get()； ```
8. 通过第七小点就能完美的解决单例中回调引起的内存泄漏。
Android 中常见的内存泄漏经典案例及解决方法
单例
**示例 :**
```
public class AppManager {
private static AppManager sInstance;
private CallBack mCallBack;
private Context mContext;
private AppManager(Context context) {
this.mContext = context;
}
public static AppManager getInstance(Context context) {
if (sInstance == null) {
sInstance = new AppManager(context);
}
return sInstance;
}
public void addCallBack(CallBack call){
mCallBack = call；
}
}
```
- 通过上面的单列，如果 context 传入的是 Activity , Service 的 this，那么就会导致内存泄漏。
以 Activity 为例，当 Activity 调用 getInstance 传入 this ，那么 sInstance 就会持有 Activity 的引用，当 Activity 需要关闭的时候需要 回收的时候，发现 sInstance 还持有 没有用的 Activity 引用，导致 Activity 无法被 GC 回收，就会造成内存泄漏
-
addCallBack(CallBack call) 这样写看起来是没有毛病的。但是当这样调用在看一下勒。
``` //在 Activity 中实现单例的回调 AppManager.getInstance(getAppcationContext()).addCallBack(new CallBack(){ @Override public void onStart(){ } })； ```
这里的 new CallBack() 匿名内部类 默认持有外部的引用，造成 CallBack 释放不了，那么怎么解决了，请看下面解决方法
解决方法:
-
getInstance(Context context) context 都传入 Appcation 级别的 Context,或者实在是需要传入 Activity 的引用就用 WeakReference 这种形式。
-
匿名内部类建议大家单独写一个文件或者
``` public void addCallBack(CallBack call){ WeakReference<CallBack> mCallBack= new WeakReference<CallBack>(call)； } ``` -
Handler
示例:
//在 Activity 中实现 Handler class MyHandler extends Handler{ private Activity m; public MyHandler(Activity activity){ m=activity; } // class..... }
这里的 MyHandler 持有 activity 的引用，当 Activity 销毁的时候，导致 GC 不会回收造成 内存泄漏。
解决方法:
```
1.使用静态内部类 + 弱引用
2.在 Activity onDestoty() 中处理 removeCallbacksAndMessages()
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
if(null != handler){
handler.removeCallbacksAndMessages(null);
handler = null;
}
}
```
-
静态变量
示例:
public class MainActivity extends AppCompatActivity { private static Police sPolice; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); if (sPolice != null) { sPolice = new Police(this); } } } class Police { public Police(Activity activity) { } }
这里 Police 持有 activity 的引用，会造成 activity 得不到释放，导致内存泄漏。
解决方法:
```
//1\. sPolice 在 onDestory（）中 sPolice = null;
//2\. 在 Police 构造函数中 将强引用 to 弱引用；
```
- 非静态内部类
参考 第二点 Handler 的处理方式
- 匿名内部类
示例:
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
new Thread(){
@Override
public void run() {
super.run();
}
};
}
}
很多初学者都会像上面这样新建线程和异步任务，殊不知这样的写法非常地不友好，这种方式新建的子线程Thread和AsyncTask都是匿名内部类对象，默认就隐式的持有外部Activity的引用，导致Activity内存泄露。
解决方法:
//静态内部类 + 弱引用
//单独写一个文件 + onDestory = null;
- 未取消注册或回调
示例:
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
registerReceiver(mReceiver, new IntentFilter());
}
private BroadcastReceiver mReceiver = new BroadcastReceiver() {
@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
// TODO ------
}
};
}
在注册观察则模式的时候，如果不及时取消也会造成内存泄露。比如使用Retrofit + RxJava注册网络请求的观察者回调，同样作为匿名内部类持有外部引用，所以需要记得在不用或者销毁的时候取消注册。
解决方法:
//Activity 中实现 onDestory（）反注册广播得到释放
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
this.unregisterReceiver(mReceiver);
}
- 定时任务
示例:
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
/**模拟计数*/
private int mCount = 1;
private Timer mTimer;
private TimerTask mTimerTask;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
init();
mTimer.schedule(mTimerTask, 1000, 1000);
}
private void init() {
mTimer = new Timer();
mTimerTask = new TimerTask() {
@Override
public void run() {
MainActivity.this.runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
addCount();
}
});
}
};
}
private void addCount() {
mCount += 1;
}
}
当我们Activity销毁的时，有可能Timer还在继续等待执行TimerTask，它持有Activity 的引用不能被 GC 回收，因此当我们 Activity 销毁的时候要立即cancel掉Timer和TimerTask，以避免发生内存泄漏。
解决方法:
//当 Activity 关闭的时候，停止一切正在进行中的定时任务，避免造成内存泄漏。
private void stopTimer() {
if (mTimer != null) {
mTimer.cancel();
mTimer = null;
}
if (mTimerTask != null) {
mTimerTask.cancel();
mTimerTask = null;
}
}
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
stopTimer();
}
- 资源未关闭
示例:
ArrayList,HashMap,IO,File,SqLite,Cursor 等资源用完一定要记得 clear remove 等关闭一系列对资源的操作。
解决方法:
用完即刻销毁
-
属性动画
示例:
动画同样是一个耗时任务，比如在 Activity 中启动了属性动画 (ObjectAnimator) ，但是在销毁的时候，没有调用 cancle 方法，虽然我们看不到动画了，但是这个动画依然会不断地播放下去，动画引用所在的控件，所在的控件引用 Activity ，这就造成 Activity 无法正常释放。因此同样要在Activity 销毁的时候 cancel 掉属性动画，避免发生内存泄漏。
解决方法:
@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
//当关闭 Activity 的时候记得关闭动画的操作
mAnimator.cancel();
}
- Android 源码或者第三方 SDK
示例:
如果在开发调试中遇见 Android 源码或者 第三方 SDK 持有了我们当前的 Activity 或者其它类，那么现在怎么办了。
解决方法:
当前是通过 Java 中的反射找到某个类或者成员，来进行手动 = null 的操作。
内存抖动
什么是内存抖动
内存频繁的分配与回收,(分配速度大于回收速度时) 最终产生 OOM 。
也许下面的录屏更能解释什么是内存抖动
可以看出当我点击了一下 Button 内存就频繁的创建并回收（注意看垃圾桶）。
那么我们找出代码中具体那一块出现问题了勒，请看下面一段录屏
mButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
imPrettySureSortingIsFree();
}
});
/**
* 排序后打印二维数组，一行行打印
*/
public void imPrettySureSortingIsFree() {
int dimension = 300;
int[][] lotsOfInts = new int[dimension][dimension];
Random randomGenerator = new Random();
for (int i = 0; i < lotsOfInts.length; i++) {
for (int j = 0; j < lotsOfInts[i].length; j++) {
lotsOfInts[i][j] = randomGenerator.nextInt();
}
}
for (int i = 0; i < lotsOfInts.length; i++) {
String rowAsStr = "";
//排序
int[] sorted = getSorted(lotsOfInts[i]);
//拼接打印
for (int j = 0; j < lotsOfInts[i].length; j++) {
rowAsStr += sorted[j];
if (j < (lotsOfInts[i].length - 1)) {
rowAsStr += ", ";
}
}
Log.i("ricky", "Row " + i + ": " + rowAsStr);
}
}
最后我们之后是 onClick 中的 imPrettySureSortingIsFree() 函数里面的 rowAsStr += sorted[j]; 字符串拼接造成的 内存抖动 ，因为每次拼接一个 String 都会申请一块新的堆内存，那么怎么解决这个频繁开辟内存的问题了。
其实在 Java 中有 2 个更好的 API 对 String 的操作很友好，相信应该有人猜到了吧。没错就是将 此处的 String 换成 StringBuffer 或者 StringBuilder，就能很完美的解决字符串拼接造成的内存抖动问题。
修改后
/**
* 打印二维数组，一行行打印
*/
public void imPrettySureSortingIsFree() {
int dimension = 300;
int[][] lotsOfInts = new int[dimension][dimension];
Random randomGenerator = new Random();
for(int i = 0; i < lotsOfInts.length; i++) {
for (int j = 0; j < lotsOfInts[i].length; j++) {
lotsOfInts[i][j] = randomGenerator.nextInt();
}
}
// 使用StringBuilder完成输出，我们只需要创建一个字符串即可， 不需要浪费过多的内存
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String rowAsStr = "";
for(int i = 0; i < lotsOfInts.length; i++) {
// 清除上一行
sb.delete(0, rowAsStr.length());
//排序
int[] sorted = getSorted(lotsOfInts[i]);
//拼接打印
for (int j = 0; j < lotsOfInts[i].length; j++) {
sb.append(sorted[j]);
if(j < (lotsOfInts[i].length - 1)){
sb.append(", ");
}
}
rowAsStr = sb.toString();
Log.i("jason", "Row " + i + ": " + rowAsStr);
}
}
总结
只要养成这样的习惯，至少可以避免 90 % 以上不会造成内存异常
**1. 数据类型: **不要使用比需求更占用空间的基本数据类型
2. 循环尽量用 foreach ,少用 iterator, 自动装箱也尽量少用
3. 数据结构与算法的解度处理 (数组，链表，栈树，树，图)
数据量千级以内可以使用 Sparse 数组 (Key为整数)，ArrayMap (Key 为对象) 虽然性能不如 HashMap ，但节约内存。
4. 枚举优化
缺点:
每一个枚举值都是一个单例对象,在使用它时会增加额外的内存消耗,所以枚举相比与 Integer 和 String 会占用更多的内存
较多的使用 Enum 会增加 DEX 文件的大小,会造成运行时更多的 IO 开销,使我们的应用需要更多的空间
特别是分 Dex 多的大型 APP，枚举的初始化很容易导致 ANR
优化后的代码:可以直接限定传入的参数个数
public class SHAPE {
public static final int TYPE_0=0;
public static final int TYPE_1=1;
public static final int TYPE_2=2;
public static final int TYPE_3=3;
@IntDef(flag=true,value={TYPE_0,TYPE_1,TYPE_2,TYPE_3})
@Target({ElementType.PARAMETER,ElementType.METHOD,ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Model{
}
private @Model int value=TYPE_0;
public void setShape(@Model int value){
this.value=value;
}
@Model
public int getShape(){
return this.value;
}
}
5. static , static final 的问题
- static 会由编译器调用 clinit 方法进行初始化
- static final 不需要进行初始化工作，打包在 dex 文件中可以直接调用，并不会在类初始化申请内存
基本数据类型的成员，可以全写成 static final
6. 字符串的拼接尽量少用 +=
7. 重复申请内存问题
- 同一个方法多次调用，如递归函数 ，回调函数中 new 对象
- 不要在 onMeause() onLayout() ,onDraw() 中去刷新UI（requestLayout）
8. 避免 GC 回收将来要重新使用的对象 (内存设计模式对象池 + LRU 算法)
9. Activity 组件泄漏
- 非业务需要不要把 activity 的上下文做参数传递，可以传递 application 的上下文
- 非静态内部类和匿名内部内会持有 activity 引用（静态内部类 或者 单独写文件）
- 单例模式中回调持有 activity 引用（弱引用）
- handler.postDelayed() 问题
- 如果开启的线程需要传入参数，用弱引接收可解决问题
- handler 记得清除 removeCallbacksAndMessages(null)
10. Service 耗时操作尽量使用 IntentService,而不是 Service
最后
如果你觉得文章写得不错就给个赞呗？如果你觉得那里值得改进的，请给我留言。一定会认真查询，修正不足。谢谢。
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Android架构师之路很漫长，一起共勉吧！
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最后祝大家生活愉快~
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