Android平台架构及特性(2)——内存管理机制(1)

内存管理机制

1)、Android进程管理

<1>、Android采取了一种有别于Linux的进程管理策略,有别于Linux的在进程活动停止后就结束该进程,Android把这些进程都保留在内存中,直到系统需要更多内存为止。这些保留在内存中的进程通常情况下不会影响整体系统的运行速度,并且当用户再次激活这些进程时,提升了进程的启动速度。

<2>、Android 的每个应用程序都会使用一个专有的Dalvik虚拟机实例来运行,也就是说每个应用程序都是在属于自己的进程中运行的。一方面,如果程序在运行过程中出现了内存泄漏的问题,仅仅会使得自己的进程被杀掉,而不会影响其他进程(如果是system_process 等系统进程出问题的话,则会引起系统重启)。另一方面Android为不同类型的进程分配了不同的内存使用上限,如果应用进程使用的内存超过了这个上限,则会被系统视为内存泄漏,从而被杀掉。

<3>、Android会尽量保留一个正在运行进程,只在内存资源出现不足时,Android会尝试停止一些进程从而释放足够的资源给其他新的进程使用, 也能保证用户正在访问的当前进程有足够的资源去及时地响应用户的事件。Android会根据进程中运行的组件类别以及组件的状态来判断该进程的重要性,Android会首先停止那些不重要的进程。按照重要性从高到低一共有六个级别就是我们常说的:前台进程、可见进程、服务进程、后台进程、内容供应节点、空进程。

<4>、oom_adj

1)、系统会对进程的重要性进行评估,并将重要性以“oom_adj”这个数值表示出来,赋予各个进程;(系统会根据“oom_adj”来判断需要结束哪些进程,一般来说,“oom_adj”的值越大,该进程被系统选中终止的可能就越高)

2)、前台程序的“oom_adj”值为0,这意味着它不会被系统终止,一旦它不可访问后,会获得个更高的“oom_adj”,我们推测“oom_adj”的值是根据软件在LRU(last recently used 最近使用过的程序)列表中的位置所决定的;

3)、Android可根据“oom_adj”值的范围来决定进程管理策略,比如可以设定“当内存小于X时,结束“oom_adj”大于Y的进程”。这给了进程管理脚本的编写以更多的选择。

2)、Android进程分类

<1>、前台进程(foreground):目前正在屏幕上显示的进程和一些系统进程,举例来说,当你运行一个程序,如浏览器,当浏览器界面在前台显示时,浏览器属于前台进程(foreground),但一旦你按home回到主界面,浏览器就变成了后台程序(background)。我们最不希望终止的进程就是前台进程。

<2>、可见进程(visible):可见进程是一些不再前台,但用户依然可见的进程,举个例来说:widget、输入法等,都属于visible。这部分进程虽然不在前台,但与我们的使用也密切相关,我们也不希望它们被终止(你肯定不希望时钟、天气,新闻等widget被终止,那它们将无法同步,你也不希望输入法被终止,否则你每次输入时都需要重新启动输入法)

<3>、次要服务(secondary server):目前正在运行的一些服务(主要服务,如拨号等,是不可能被进程管理终止的,故这里只谈次要服务),举例来说:谷歌企业套件,Gmail内部存储,联系人内部存储等。这部分服务虽然属于次要服务,但很一些系统功能依然息息相关,我们时常需要用到它们,所以也太希望他们被终止

<4>、后台进程(hidden):虽然作者用了hidden这个词,但实际即是后台进程(background),就是我们通常意义上理解的启动后被切换到后台的进程,如浏览器,阅读器等。当程序显示在屏幕上时,他所运行的进程即为前台进程(foreground),一旦我们按home返回主界面(注意是按home,不是按back),程序就驻留在后台,成为后台进程(background)。后台进程的管理策略有多种:有较为积极的方式,一旦程序到达后台立即终止,这种方式会提高程序的运行速度,但无法加速程序的再次启动(如苹果系统);也有较消极的方式,尽可能多的保留后台程序,虽然可能会影响到单个程序的运行速度,但在再次启动已启动的程序时,速度会有所提升。这里就需要用户根据自己的使用习惯找到一个平衡点

<5>、内容供应节点(content provider):没有程序实体,进提供内容供别的程序去用的,比如日历供应节点,邮件供应节点等。在终止进程时,这类程序应该有较高的优先权

<6>、空进程(empty):没有任何东西在内运行的进程,有些程序,比如BTE,在程序退出后,依然会在进程中驻留一个空进程,这个进程里没有任何数据在运行,作用往往是提高该程序下次的启动速度或者记录程序的一些历史信息。这部分进程无疑是应该最先终止的。这种进程一般是不耗电也不占CPU的。简单来说,就是选择退出程序时,并不是完全退出程序,该程序仍然会在后台驻留一个进程,以便下次更快的打开。那什么时候完全关闭该程序呢?这取决于该程序的类型(就是上面讲的那几个类型)。系统会给每个类型的程序一个内存值阈(阀门),也就是说当运行内存低于某个值时,系统会自动按照打开的先后顺序来关闭该类型的程序。例如,当运存小于24MB时,系统才会自动关闭空进程这一类型的程序,释放出更多的内存来供新程序使用,已保证新开程序的正常运行。

注意:home退出,程序保留状态为后台进程;按返回键退出,程序保留状态为空进程。空进程的oom_adj评值高于后台进程,更容易被系统清理。所以推荐用返回键退出。

3)、单个应用可用的最大内存

Android设备出厂以后,java虚拟机对单个应用的最大内存分配就确定下来了,超出这个值就会OOM。这个属性值是定义在/system/build.prop文件中的
dalvik.vm.heapstartsize=8m
它表示堆分配的初始大小,它会影响到整个系统对RAM的使用程度,和第一次使用应用时的流畅程度。它值越小,系统ram消耗越慢,但一些较大应用一开始不够用,需要调用gc和堆调整策略,导致应用反应较慢。它值越大,这个值越大系统ram消耗越快,但是应用更流畅。
dalvik.vm.heapgrowthlimit=64m // 单个应用可用最大内存
主要对应的是这个值,它表示单个进程内存被限定在64m,即程序运行过程中实际只能使用64m内存,超出就会报OOM。(仅仅针对dalvik堆,不包括native堆)
dalvik.vm.heapsize=384m//heapsize参数表示单个进程可用的最大内存,但如果存在heapgrowthlimit参数,则以heapgrowthlimit为准.heapsize表示不受控情况下的极限堆,表示单个虚拟机或单个进程可用的最大内存。而android上的应用是带有独立虚拟机的,也就是每开一个应用就会打开一个独立的虚拟机(这样设计就会在单个程序崩溃的情况下不会导致整个系统的崩溃)。
注意:在设置了heapgrowthlimit的情况下,单个进程可用最大内存为heapgrowthlimit值。在android开发中,如果要使用大堆,需要在manifest中指定android:largeHeap为true,这样dvm heap最大可达heapsize。
不同设备,这些值可以不一样。一般地,厂家针对设备的配置情况都会适当的修改/system/build.prop文件来调高这个值。
通过代码查看每个进程可用的最大内存,即heapgrowthlimit值:
ActivityManager activityManager = (ActivityManager) context.getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
int memClass = activityManager.getMemoryClass();//64,以m为单位

4)、内存泄露(Memory Leak)

<1>、内存泄露的概念

如果一个程序中,已经不再使用某个对象,但是因为仍然有引用指向它,垃圾回收器就无法回收它,当然该对象占用的内存就无法被使用,这就造成了内存泄露java的内存泄漏和C/C++是不一样的如果java程序完全结束后,它所有的对象就都不可达了,系统就可以对他们进行垃圾回收,它的内存泄露仅仅限于它本身,而不会影响整个系统的。C/C++的内存泄露就比较糟糕了,它的内存泄露是系统级,即使该C/C++程序退出,它的泄露的内存也无法被系统回收,永远不可用了,除非重启机器。

 内存泄露示例:

 

循环申请Object对象,并将所申请的对象放入一个Vector中,如果仅仅释放对象本身,但因为Vector仍然引用该对象,所以这个对象对GC来说是不可回收的。因此,如果对象加入到Vector后,还必须从Vector中删除,最简单的方法就是将Vector对象设置为null。

总的来说,内存管理中的内存泄漏产生的主要原因:保留下来却永远不再使用的对象引用。

<2>引起内存泄露的情况

1)、资源对象没关闭造成的内存泄露

资源性对象比如(Cursor,File文件等)往往都用了一些缓冲,我们在不使用的时候,应该及时关闭它们,以便它们的缓冲及时回收内存。它们的缓冲不仅存在于java虚拟机内,还存在于java虚拟机外。如果我们仅仅是把它的引用设置为null,而不关闭它们,往往会造成内存泄露。因为有些资源性对象,比如SQLiteCursor(在析构函数finalize(),如果我们没有关闭它,它自己会调close()关闭),如果我们没有关闭它,系统在回收它时也会关闭它,但是这样的效率太低了。因此对于资源性对象在不使用的时候,应该调用它的close()函数,将其关闭掉,然后才置为null.在我们的程序退出时一定要确保我们的资源性对象已经关闭。 

2)、一些不良代码成内存压力

有些代码并不造成内存泄露,但是它们,或是对没使用的内存没进行有效及时的释放,或是没有有效的利用已有的对象而是频繁的申请新内存,对内存的回收和分配造成很大影响的,容易迫使虚拟机不得不给该应用进程分配更多的内存,造成不必要的内存开支。

2、1)Bitmap没调用recycle()

Bitmap对象在不使用时,我们应该先调用recycle()释放内存,然后才它设置为null。虽然recycle()从源码上看,调用它应该能立即释放Bitmap的主要内存,但是测试结果显示它并没能立即释放内存。在使用bitmap时,可设置一定的压缩率,需求允许的话,应该去对BItmap进行一定的缩放,通过BitmapFactory.Options的inSampleSize属性进行控制。如果仅仅只想获得Bitmap的属性,其实并不需要根据BItmap的像素去分配内存,只需在解析读取Bmp的时候使用BitmapFactory.Options的inJustDecodeBounds属性。最后建议在加载网络图片的时候,使用软引用或者弱引用并进行本地缓存,推荐使用android-universal-imageloader或者xUtils。

2、2)、构造Adapter时,没有使用缓存的convertView

以构造ListView的BaseAdapter为例,在BaseAdapter中提共了方法:

public View getView(int position, View convertView, ViewGroup parent) 来向ListView提供每一个item所需要的view对象。初始时ListView会从BaseAdapter中根据当前的屏幕布局实例化一定数量的view对象,同时ListView会将这些view对象缓存起来。当向上滚动ListView时,原先位于最上面的list item的view对象会被回收,然后被用来构造新出现的最下面的list item。这个构造过程就是由getView()方法完成的,getView()的第二个形参View convertView就是被缓存起来的list item的view对象(初始化时缓存中没有view对象则convertView是null)。由此可以看出,如果我们不去使用convertView,而是每次都在getView()中重新实例化一个View对象的话,即浪费时间,也造成内存垃圾,给垃圾回收增加压力,如果垃圾回收来不及的话,虚拟机将不得不给该应用进程分配更多的内存,造成不必要的内存开支。

2、3)ThreadLocal使用不当

如果我们粗暴的把ThreadLocal设置null,而不调用remove()方法或set(null),那么就可能造成ThreadLocal绑定的对象长期也能被回收,因而产出内存泄露。

2、4)、 频繁的使用static关键字修饰
由于static声明变量的生命周期其实是和APP的生命周期一样的(进程级别)。大量的使用的话,就会占据内存空间不释放,积少成多也会造成内存的不断开销,直至挂掉。static的合理使用一般用来修饰基本数据类型或者轻量级对象,尽量避免修复集合或者大对象,常用作修饰全局配置项、工具类方法、内部类。
2、5)、页面背景图
在布局和代码中设置背景和图片的时候,如果是纯色,尽量使用color;如果是规则图形,尽量使用shape画图;如果稍微复杂点,可以使用9patch图;如果不能使用9patch的情况下,针对几种主流分辨率的机型进行切图。
2、6)、引用
Activity中生成的对象原则上是应该在Activity生命周期结束之后就释放的。Activity对象本身也是,所以应该尽量避免有appliction进程级别的对象来引用Activity级别的对象,如果有的话也应该在Activity结束的时候解引用。
2、7)、BroadCastReceiver、Service 解绑
绑定广播和服务,一定要记得在不需要的时候给解绑。
2、8)、handler 清理
Activity的onDestroy方法中调用handler.removeCallbacksAndMessages(null);取消所有的消息的处理,包括待处理的消息;
2、9)、线程
线程不再需要继续执行的时候要记得及时关闭,开启线程数量不易过多,一般和自己机器内核数一样最好,推荐开启线程的时候,使用线程池。
2、10)、String/StringBuffer
当有较多的字符创需要拼接的时候,推荐使用StringBuffer。

5)、内存溢出OOM(Out Of Memory)

我们知道Android的应用程序所能申请的最大内存都是有限的,OOM是指APP向系统申请内存的请求超过了应用所能有的最大阀值的内存,系统无法再分配多余的空间,就会造成OOM error。在Android平台下,除了之前所说的持续发生了内存泄漏(Memory Leak),累积到一定程度导致OOM的情况以外,也有一次性申请很多内存,比如说一次创建大的数组或者是载入大的文件如图片的时候。实际中很多情况就是出现在图片不当处理加载的时候。

6)、finalize函数

finalize是位于Object类的一个方法,该方法的访问修饰符为protected,由于所有类为Object的子类,因此用户类很容易访问到这个方法。由于,finalize函数没有自动实现链式调用,我们必须手动的实现,因此finalize函数的最后一个语句通常是super.finalize()。通过这种方式,我们可以实现从下到上实现finalize的调用,即先释放自己的资源,然后再释放父类的资源。将很多对象、资源的释放都放在这一函数里面不是一种很好的方式。原因有三,其一,GC为了能够支持finalize函数,要对覆盖这个函数的对象作很多附加的工作。其二,在finalize运行完成之后,该对象可能变成可达的,GC还要再检查一次该对象是否是可达的。因此,使用finalize会降低GC的运行性能。其三,由于GC调用finalize的时间是不确定的,因此通过这种方式释放资源也是不确定的。通常,finalize用于一些不容易控制、并且非常重要资源的释放,例如一些I/O的操作,数据的连接。这些资源的释放对整个应用程序是非常关键的。在这种情况下,程序员应该以通过程序本身管理(包括释放)这些资源为主,以finalize函数释放资源方式为辅,形成一种双保险的管理机制,而不应该仅仅依靠finalize来释放资源。

7)、四种对象引用和shallow sizeretained size
强引用: 通常我们编写的代码都是Strong Reference,eg :Person person = new Person("sunny");不管系统资源有多紧张,强引用的对象都绝对不会被回收,即使他以后不再用到。
软引用(softReference):只要有足够的内存,就一直保持对象。一般可用来实现缓存,内存非常紧张的时候会被回收,其他时候不会被回收,所以在使用之前需要判空,从而判断当前时候已经被回收了。
弱引用(weakReference):通过WeakReference类实现,eg : WeakReference p = new WeakReference(new Person("Rain"));不管内存是否足够,系统垃圾回收时必定会回收。
虚引用(phantomReference):不能单独使用,主要是用于追踪对象被垃圾回收的状态。通过PhantomReference类和引用队列ReferenceQueue类联合使用实现。
shallow size:对象本身占用内存的大小,不包含对其他对象的引用,也就是对象头加成员变量(不是成员变量的值)的总和。

retained size:对象自己的shallow size,加上只能从该对象能直接或间接访问到对象的shallow size之和。

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