Android 轻松解决内存泄漏

基础知识

Java 的内存分配简述

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• 方法区（non-heap）：编译时就分配好，在程序整个运行期间都存在。它主要存放静态数据和常量；
• 栈区：当方法执行时，会在栈区内存中创建方法体内部的局部变量，方法结束后自动释放内存；
• 堆区（heap）：通常用来存放 new 出来的对象。由 GC 负责回收。

Java四种不同的引用类型

• 强引用（Strong Reference）:JVM 宁愿抛出 OOM，也不会让 GC 回收存在强引用的对象。
• 软引用（Soft Reference） ： 一个对象只具有软引用，在内存不足时，这个对象才会被 GC 回收。
• 弱引用（weak Reference）： 在 GC 时，如果一个对象只存在弱引用，那么它将会被回收。
• 虚引用（Phantom Reference）：任何时候都可以被 GC 回收，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。程序可以通过判断引用队列中是否存在该对象的虚引用，来了解这个对象是否将要被回收。可以用来作为 GC 回收 Object 的标志。

与 Android 中的差异：在 2.3 以后版本中，即使内存够用，Android 系统会优先将 SoftReference 的对象提前回收掉, 其他和 Java 中是一样的。

因此谷歌官方建议用 LruCache(least recentlly use 最少最近使用算法)。会将内存控制在一定的大小内, 超出最大值时会自动回收, 这个最大值开发者自己定。

什么是内存泄漏？

• 对于 C++ 来说，内存泄漏就是 new 出来的对象没有 delete，俗称野指针；
• 而对于 java 而言，就是存放在堆上的 Object 无法被 GC 正常回收。

内存泄漏根本原因

长生命周期的对象持有 短生命周期对象**强/软引用**,导致本应该被回收的短生命周期的对象却无法被正常回收。

例如在单例模式中，我们常常在获取单例对象时需要传一个 Context 。单例对象是一个长生命周期的对象（应用程序结束时才终结），而如果我们传递的是某一个 Activity 作为 context,那么这个 Activity 就会因为引用被持有而无法销毁，从而导致内存泄漏。

内存泄漏的危害

• 运行性能的问题: Android在运行的时候，如果内存泄漏将导致其他组件可用的内存变少，一方面会使得GC的频率加剧，在发生GC的时候，所有进程都必须进行等待，GC的频率越多，从而用户越容易感知到卡顿。另一方面，内存变少，将可能使得系统会额外分配给你一些内存，而影响整个系统的运行状况。
• 运行崩溃问题: 内存泄露是内存溢出(OOM)的重要原因之一，会导致 Crash。如果应用程序在消耗光了所有的可用堆空间，那么再试图在堆上分配新对象时就会引起 OOM(Out Of Memory Error) 异常，此时应用程序就会崩溃退出。

内存泄漏的典型案例

永远的单例（Singleton）

由于单例模式的静态特性，使得它的生命周期和我们的应用一样长，一不小心让单例无限制的持有 Activity 的强引用就会导致内存泄漏。

解决方案

• 把传入的 Context 改为同应用生命周期一样长的 Application 中的 Context。
• 通过重写 Application，提供 getContext 方法,那样就不需要在获取单例时传入 context。

   public class BaseApplication extends Application{
    private static ApplicationContext sContext;
    @Override
    public void onCreate(){
        super.onCreate();
        sContext = getApplicationContext();
    }
    public static Context getApplicationContext(){
        return sContext;
    }
}

Handler引发的内存泄漏

由于 Handler 属于 TLS（Thread Local Storage）变量，导致它的生命周期和 Activity 不一致。因此通过 Handler 来更新 UI 一般很难保证跟 View 或者 Activity 的生命周期一致，故很容易导致无法正确释放。

例如：

   public class HandlerBadActivity extends AppCompatActivity {
    private final Handler handler = new Handler(){//非静态内部类，持有外部类的强引用
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
        }
    };
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_handler_bad);
        // 延迟 5min 发送一个消息
        handler.postDelayed(new Runnable() {
        //内部会将该 Runable 封装为一个 Message 对象，同时将 Message.target 赋值为 handler
            @Override
            public void run() {
                //do something
            }
        }, 1000 * 60 * 5);
        this.finish();
    }
}

上面的代码中发送了了一个延时 5 分钟执行的 Message，当该 Activity 退出的时候，延时任务（Message）还在主线程的 MessageQueue 中等待，此时的 Message 持有 Handler 的强引用（创建时通过 Message.target 进行指定），并且由于 Handler 是 HandlerBadActivity 的非静态内部类，所以 Handler 会持有一个指向 HandlerBadActivity 的强引用，所以虽然此时 HandlerBadActivity 调用了 finish 也无法进行内存回收，造成内存泄漏。

解决方法

将 Handler 声明为静态内部类，但是要注意 **如果用到 Context 等外部类的 非static 对象，还是应该使用 ApplicationContext 或者通过弱引用来持有这些外部对象**。

   public class HandlerGoodActivity extends AppCompatActivity {
    private static final class MyHandler extends Handler{//声明为静态内部类（避免持有外部类的强引用）
        private final WeakReference<HandlerGoodActivity> mActivity;
        public MyHandler(HandlerGoodActivity activity){
            this.mActivity = new WeakReference<HandlerGoodActivity>(activity);//使用弱引用
        }
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            HandlerGoodActivity activity = mActivity.get();
            if (activity == null || activity.isFinishing() || activity.isDestroyed()) {//判断 activity 是否为空，以及是否正在被销毁、或者已经被销毁
              removeCallbacksAndMessages(null);
              return;
            }
            // do something
        }
    }
    private final MyHandler myHandler = new MyHandler(this);
}

慎用 static 成员变量

static 修饰的变量位于内存的方法区，其生命周期与 App 的生命周期一致。 这必然会导致一系列问题，如果你的 app 进程设计上是长驻内存的，那即使 app 切到后台，这部分内存也不会被释放。

解决方法

不要在类初始化时初始化静态成员，也就是可以考虑懒加载。架构设计上要思考是否真的有必要这样做，尽量避免。如果架构需要这么设计，那么此对象的生命周期你有责任管理起来。

当然，Application 的 context 不是万能的，所以也不能随便乱用，对于有些地方则必须使用 Activity 的 Context，对于Application，Service，Activity三者的Context的应用场景如下：

• NO1 表示 Application 和 Service 可以启动一个 Activity，不过 需要创建一个新的 task 任务队列。
• 对于 Dialog 而言，只有在 Activity 中才能创建。

使用系统服务引发的内存泄漏

为了方便我们使用一些常见的系统服务，Activity 做了一些封装。比如说，可以通过 getPackageManager在 Activtiy 中获取 PackageManagerService，但是，里面实际上调用了 Activity 对应的 ContextImpl 中的 getPackageManager 方法

ContextWrapper#getPackageManager

   @Override
public PackageManager getPackageManager() {
    return mBase.getPackageManager();
}

ContextImpl#getPackageManager

   @Override
public PackageManager getPackageManager() {
    if (mPackageManager != null) {
        return mPackageManager;
    }
    IPackageManager pm = ActivityThread.getPackageManager();
    if (pm != null) {
        // Doesn't matter if we make more than one instance.
        return (mPackageManager = new ApplicationPackageManager(this, pm));//创建 ApplicationPackageManager
    }
    return null;
}

ApplicationPackageManager#ApplicationPackageManager

   ApplicationPackageManager(ContextImpl context,
                          IPackageManager pm) {
    mContext = context;//保存 ContextImpl 的强引用
    mPM = pm;
}

private UserManagerService(Context context, PackageManagerService pm,
        Object packagesLock, File dataDir) {
    mContext = context;//持有外部 Context 引用
    mPm = pm;
    //代码省略
}

PackageManagerService#PackageManagerService

   public class PackageManagerService extends IPackageManager.Stub {
    static UserManagerService sUserManager;//持有 UMS 静态引用
    public PackageManagerService(Context context, Installer installer,
        boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
          sUserManager = new UserManagerService(context, this, mPackages);//初始化 UMS
        }
}

遇到的内存泄漏问题是因为在 Activity 中调用了 getPackageManger 方法获取 PMS ，该方法调用的是 ContextImpl，此时如果ContextImpl 中 PackageManager 为 null，就会创建一个 PackageManger（ContextImpl 会将自己传递进去，而 ContextImpl 的 mOuterContext 为 Activity），创建 PackageManager 实际上会创建 PackageManagerService（简称 PMS），而 PMS 的构造方法中会创建一个 UserManger（UserManger 初始化之后会持有 ContextImpl 的强引用）。

只要 PMS 的 class 未被销毁，那么就会一直引用着 UserManger ，进而导致其关联到的资源无法正常释放。

解决办法

将getPackageManager()改为 getApplication()#getPackageManager()。这样引用的就是 Application Context，而非 Activity 了。

远离非静态内部类和匿名类

因为使用非静态内部类和匿名类都会默认持有外部类的引用，如果生命周期不一致，就会导致内存泄漏。

   public class NestedClassLeakActivity extends AppCompatActivity {

    class InnerClass {//非静态内部类

    }

    private static InnerClass sInner;//指向非静态内部类的静态引用

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_nested_class);
        if (sInner == null) {
           sInner = new InnerClass();//创建非静态内部类的实例
        }
    }
}

非静态内部类默认会持有外部类的引用，而外部类中又有一个该非静态内部类的静态实例，该静态实例的生命周期和应用的一样长，而静态实例又持有 Activity 的引用，因此导致 Activity 的内存资源不能正常回收。

解决方法

将该内部类设为静态内部类 也可以将该内部类抽取出来封装成一个单例

集合引发的内存泄漏

我们通常会把一些对象的引用加入到集合容器（比如ArrayList）中，当我们不再需要该对象时（通常会调用 remove 方法），并没有把它的引用从集合中清理掉（其中的一种情况就是 remove 方法没有将不再需要的引用赋值为 null），下面以 ArrayList 的 remove 方法为例

   public E remove( int index) {
    // 数组越界检查
    RangeCheck(index);
    modCount++;
    // 取出要删除位置的元素，供返回使用
    E oldValue = (E) elementData[index];
   // 计算数组要复制的数量
    int numMoved = size - index - 1;
   // 数组复制，就是将index之后的元素往前移动一个位置
    if (numMoved > 0)
       System. arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                      numMoved);
   // 将数组最后一个元素置空（因为删除了一个元素，然后index后面的元素都向前移动了，所以最后一个就没用了），好让gc尽快回收
    elementData[--size ] = null; // Let gc do its work
    return oldValue;
}

WebView 引发的内存泄漏

WebView 解析网页时会申请 Native堆内存用于保存页面元素，当页面较复杂时会有很大的内存占用。如果页面包含图片，内存占用会更严重。并且打开新页面时，为了能快速回退， 之前页面占用的内存也不会释放。有时浏览十几个网页，都会占用几百兆的内存。这样加载网页较多时，会导致系统不堪重负，最终强制关闭应用，也就是出现应用闪退或重启。

由于占用的都是 Native 堆内存，所以 实际占用的内存大小不会显示在常用的 DDMS Heap 工具中（ DMS Heap 工具看到的只是Java虚拟机分配的内存，即使Native堆内存已经占用了几百兆，这里显示的还只是几兆或十几兆）。只有使用 adb shell 中的一些命令比如 dumpsys meminfo 包名，或者在程序中使用 Debug.getNativeHeapSize()才能看到 Native 堆内存信息。

据说由于 WebView 的一个 BUG，即使它所在的 Activity(或者Service) 结束也就是 onDestroy() 之后，或者直接调用 WebView.destroy()之后，它所占用这些内存也不会被释放。

解决方法

把使用了 WebView 的 Activity (或者 Service) 放在单独的进程里。

• 系统在检测到应用占用内存过大有可能被系统干掉
• 也可以在它所在的 Activity(或者 Service) 结束后，调用 System.exit(0)，主动Kill掉进程。由于系统的内存分配是以进程为准的，进程关闭后，系统会自动回收所有内存。

使用 WebView 的页面（Activity），在生命周期结束页面退出（onDestory）的时候，主动调用WebView.onPause()==以及==WebView.destory()以便让系统释放 WebView 相关资源。

其他常见的引起内存泄漏原因

• Android 3.0 以下，Bitmap 在不使用的时候没有使用 recycle() 释放内存。

• 非静态内部类的静态实例容易造成内存泄漏：即一个类中如果你不能够控制它其中内部类的生命周期（譬如Activity中的一些特殊Handler等），则尽量使用静态类和弱引用来处理（譬如ViewRoot的实现）。

• 警惕线程未终止造成的内存泄露；譬如在 Activity 中关联了一个生命周期超过 Activity 的 Thread，在退出 Activity 时切记结束线程。

  一个典型的例子就是 HandlerThread 的 run 方法。该方法在这里是一个死循环，它不会自己结束，线程的生命周期超过了 Activity 生命周期，我们必须手动在 Activity 的销毁方法中中调用 thread.getLooper().quit() 才不会泄露。

• 对象的注册与反注册没有成对出现造成的内存泄露；譬如注册广播接收器、注册观察者（典型的譬如数据库的监听）等。

• 创建与关闭没有成对出现造成的泄露；譬如Cursor资源必须手动关闭，WebView必须手动销毁，流等对象必须手动关闭等。

• 避免代码设计模式的错误造成内存泄露；譬如循环引用，A 持有 B，B 持有 C，C 持有 A，这样的设计谁都得不到释放。

【附】相关架构及资料

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