前言

• 在Android中，記憶體洩露的現象十分常見；而記憶體洩露導致的後果會使得應用Crash
• 本文 全面介紹了記憶體洩露的本質、原因 & 解決方案，最終提供一些常見的記憶體洩露分析工具，希望你們會喜歡。
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目錄

1. 簡介

• 即 ML （Memory Leak）
• 指 程式在申請記憶體後，當該記憶體不需再使用 但 卻無法被釋放 & 歸還給 程式的現象

2. 對應用程式的影響

• 容易使得應用程式發生記憶體溢位，即 OOM

  記憶體溢位 簡介：
  

3. 發生記憶體洩露的本質原因

• 具體描述

• 特別注意
  從機制上的角度來說，由於 Java
  存在垃圾回收機制（GC），理應不存在記憶體洩露；出現記憶體洩露的原因僅僅是外部人為原因 = 無意識地持有物件引用，使得 持有引用者的生命週期 > 被引用者的生命週期

4. 儲備知識：Android 記憶體管理機制

4.1 簡介

下面，將針對回收 程序、物件 、變數的記憶體分配 & 回收進行詳細講解

4.2 針對程序的記憶體策略

a. 記憶體分配策略

由 ActivityManagerService 集中管理 所有程序的記憶體分配

b. 記憶體回收策略

• 步驟1：Application Framework 決定回收的程序型別
  Android中的程序 是託管的；當程序空間緊張時，會 按程序優先順序低->>高的順序 自動回收程序

  Android將程序分為5個優先等級，具體如下：

• 步驟2：Linux 核心真正回收具體程序
  1. ActivityManagerService 對 所有程序進行評分（評分存放在變數adj中）
  2. 更新評分到Linux 核心
  3. 由Linux 核心完成真正的記憶體回收

     此處僅總結流程，這其中的過程複雜，有興趣的讀者可研究系統原始碼ActivityManagerService.java

4.2 針對物件、變數的記憶體策略

• Android的對於物件、變數的記憶體策略同 Java
• 記憶體管理 = 物件 / 變數的記憶體分配 + 記憶體釋放

下面，將詳細講解記憶體分配 & 記憶體釋放策略

a. 記憶體分配策略

• 物件 / 變數的記憶體分配 由程式自動 負責
• 共有3種：靜態分配、棧式分配、 & 堆式分配，分別面向靜態變數、區域性變數 & 物件例項
• 具體介紹如下

注：用1個例項講解 記憶體分配

public class Sample {    
    int s1 = 0;
    Sample mSample1 = new Sample();   

    // 方法中的區域性變數s2、mSample2存放在 棧記憶體
    // 變數mSample2所指向的物件例項存放在 堆記憶體
      // 該例項的成員變數s1、mSample1也存放在棧中
    public void method() {        
        int s2 = 0;
        Sample mSample2 = new Sample();
    }
}
    // 變數mSample3所指向的物件例項存放在堆記憶體
    // 該例項的成員變數s1、mSample1也存放在棧中
    Sample mSample3 = new Sample();

b. 記憶體釋放策略

• 物件 / 變數的記憶體釋放 由Java垃圾回收器（GC） / 幀棧 負責

• 此處主要講解物件分配（即堆式分配）的記憶體釋放策略 = Java垃圾回收器（GC）

  由於靜態分配不需釋放、棧式分配僅 通過幀棧自動出、入棧，較簡單，故不詳細描述

• Java垃圾回收器（GC）的記憶體釋放 = 垃圾回收演算法，主要包括：

• 具體介紹如下

5. 常見的記憶體洩露原因 & 解決方案

• 常見引發記憶體洩露原因主要有：

  1. 集合類
  2. Static關鍵字修飾的成員變數
  3. 非靜態內部類 / 匿名類
  4. 資源物件使用後未關閉

• 下面，我將詳細介紹每個引發記憶體洩露的原因

5.1 集合類

• 記憶體洩露原因
  集合類 新增元素後，仍引用著 集合元素物件，導致該集合元素物件不可被回收，從而 導致記憶體洩漏

• 例項演示

// 通過 迴圈申請Object 物件 & 將申請的物件逐個放入到集合List
List<Object> objectList = new ArrayList<>();        
       for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Object o = new Object();
            objectList.add(o);
            o = null;
        }
// 雖釋放了集合元素引用的本身：o=null）
// 但集合List 仍然引用該物件，故垃圾回收器GC 依然不可回收該物件

• 解決方案
  集合類 新增集合元素物件 後，在使用後必須從集合中刪除

  由於1個集合中有許多元素，故最簡單的方法 = 清空集合物件 & 設定為null

 // 釋放objectList
        objectList.clear();
        objectList=null;

5.2 Static 關鍵字修飾的成員變數

• 儲備知識
  被 Static 關鍵字修飾的成員變數的生命週期 = 應用程式的生命週期

• 洩露原因
  若使被 Static 關鍵字修飾的成員變數 引用耗費資源過多的例項（如Context），則容易出現該成員變數的生命週期 > 引用例項生命週期的情況，當引用例項需結束生命週期銷燬時，會因靜態變數的持有而無法被回收，從而出現記憶體洩露

• 例項講解

public class ClassName {
 // 定義1個靜態變數
 private static Context mContext;
 //...
// 引用的是Activity的context
 mContext = context; 

// 當Activity需銷燬時，由於mContext = 靜態 & 生命週期 = 應用程式的生命週期，故 Activity無法被回收，從而出現記憶體洩露

}

• 解決方案

  1. 儘量避免 Static 成員變數引用資源耗費過多的例項（如 Context）

     若需引用 Context，則儘量使用Applicaiton的Context

  2. 使用 弱引用（WeakReference） 代替 強引用 持有例項

注：靜態成員變數有個非常典型的例子 = 單例模式

• 儲備知識
  單例模式 由於其靜態特性，其生命週期的長度 = 應用程式的生命週期

• 洩露原因
  若1個物件已不需再使用 而單例物件還持有該物件的引用，那麼該物件將不能被正常回收 從而 導致記憶體洩漏

• 例項演示

// 建立單例時，需傳入一個Context
// 若傳入的是Activity的Context，此時單例 則持有該Activity的引用
// 由於單例一直持有該Activity的引用（直到整個應用生命週期結束），即使該Activity退出，該Activity的記憶體也不會被回收
// 特別是一些龐大的Activity，此處非常容易導致OOM

public class SingleInstanceClass {    
    private static SingleInstanceClass instance;    
    private Context mContext;    
    private SingleInstanceClass(Context context) {        
        this.mContext = context; // 傳遞的是Activity的context
    }  

    public SingleInstanceClass getInstance(Context context) {        
        if (instance == null) {
            instance = new SingleInstanceClass(context);
        }        
        return instance;
    }
}

• 解決方案
  單例模式引用的物件的生命週期 = 應用的生命週期

  如上述例項，應傳遞Application的Context，因Application的生命週期 = 整個應用的生命週期

public class SingleInstanceClass {    
    private static SingleInstanceClass instance;    
    private Context mContext;    
    private SingleInstanceClass(Context context) {        
        this.mContext = context.getApplicationContext(); // 傳遞的是Application 的context
    }    

    public SingleInstanceClass getInstance(Context context) {        
        if (instance == null) {
            instance = new SingleInstanceClass(context);
        }        
        return instance;
    }
}

5.3 非靜態內部類 / 匿名類

• 儲備知識
  非靜態內部類 / 匿名類 預設持有 外部類的引用；而靜態內部類則不會
• 常見情況
  3種，分別是：非靜態內部類的例項 = 靜態、多執行緒、訊息傳遞機制（Handler）

5.3.1 非靜態內部類的例項 = 靜態

• 洩露原因
  若 非靜態內部類所建立的例項 = 靜態（其生命週期 = 應用的生命週期），會因 非靜態內部類預設持有外部類的引用 而導致外部類無法釋放，最終 造成記憶體洩露

  即 外部類中 持有 非靜態內部類的靜態物件

• 例項演示

// 背景：
   a. 在啟動頻繁的Activity中，為了避免重複建立相同的資料資源，會在Activity內部建立一個非靜態內部類的單例
   b. 每次啟動Activity時都會使用該單例的資料

public class TestActivity extends AppCompatActivity {  

    // 非靜態內部類的例項的引用
    // 注：設定為靜態  
    public static InnerClass innerClass = null; 

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {        
        super.onCreate(savedInstanceState);   

        // 保證非靜態內部類的例項只有1個
        if (innerClass == null)
            innerClass = new InnerClass();
    }

    // 非靜態內部類的定義    
    private class InnerClass {        
        //...
    }
}

// 造成記憶體洩露的原因：
    // a. 當TestActivity銷燬時，因非靜態內部類單例的引用（innerClass）的生命週期 = 應用App的生命週期、持有外部類TestActivity的引用
    // b. 故 TestActivity無法被GC回收，從而導致記憶體洩漏

• 解決方案
  1. 將非靜態內部類設定為：靜態內部類（靜態內部類預設不持有外部類的引用）
  2. 該內部類抽取出來封裝成一個單例
  3. 儘量 避免 非靜態內部類所建立的例項 = 靜態

     若需使用Context，建議使用 Application 的 Context

5.3.2 多執行緒：AsyncTask、實現Runnable介面、繼承Thread類

• 儲備知識
  多執行緒的使用方法 = 非靜態內部類 / 匿名類；即 執行緒類 屬於 非靜態內部類 / 匿名類

• 洩露原因
  當 工作執行緒正在處理任務 & 外部類需銷燬時， 由於 工作執行緒例項 持有外部類引用，將使得外部類無法被垃圾回收器（GC）回收，從而造成 記憶體洩露

  1. 多執行緒主要使用的是：AsyncTask、實現Runnable介面 & 繼承Thread類
  2. 前3者記憶體洩露的原理相同，此處主要以繼承Thread類 為例說明

• 例項演示

   /** 
     * 方式1：新建Thread子類（內部類）
     */  
        public class MainActivity extends AppCompatActivity {

        public static final String TAG = "carson：";
        @Override
        public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);

            // 通過建立的內部類 實現多執行緒
            new MyThread().start();

        }
        // 自定義的Thread子類
        private class MyThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "執行了多執行緒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

   /** 
     * 方式2：匿名Thread內部類
     */ 
     public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    public static final String TAG = "carson：";

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 通過匿名內部類 實現多執行緒
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "執行了多執行緒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }.start();
    }
}


/** 
  * 分析：記憶體洩露原因
  */ 
  // 工作執行緒Thread類屬於非靜態內部類 / 匿名內部類，執行時預設持有外部類的引用
  // 當工作執行緒執行時，若外部類MainActivity需銷燬
  // 由於此時工作執行緒類例項持有外部類的引用，將使得外部類無法被垃圾回收器（GC）回收，從而造成 記憶體洩露

• 解決方案
  從上面可看出，造成記憶體洩露的原因有2個關鍵條件：
  1. 存在 ”工作執行緒例項 持有外部類引用“ 的引用關係
  2. 工作執行緒例項的生命週期 > 外部類的生命週期，即工作執行緒仍在執行 而 外部類需銷燬

解決方案的思路 = 使得上述任1條件不成立 即可。

// 共有2個解決方案：靜態內部類 & 當外部類結束生命週期時，強制結束執行緒
// 具體描述如下

   /** 
     * 解決方式1：靜態內部類
     * 原理：靜態內部類 不預設持有外部類的引用，從而使得 “工作執行緒例項 持有 外部類引用” 的引用關係 不復存在
     * 具體實現：將Thread的子類設定成 靜態內部類
     */  
        public class MainActivity extends AppCompatActivity {

        public static final String TAG = "carson：";
        @Override
        public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);

            // 通過建立的內部類 實現多執行緒
            new MyThread().start();

        }
        // 分析1：自定義Thread子類
        // 設定為：靜態內部類
        private static class MyThread extends Thread{
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(5000);
                    Log.d(TAG, "執行了多執行緒");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

   /** 
     * 解決方案2：當外部類結束生命週期時，強制結束執行緒
     * 原理：使得 工作執行緒例項的生命週期 與 外部類的生命週期 同步
     * 具體實現：當 外部類（此處以Activity為例） 結束生命週期時（此時系統會呼叫onDestroy（）），強制結束執行緒（呼叫stop（））
     */ 
     @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Thread.stop();
        // 外部類Activity生命週期結束時，強制結束執行緒
    }

5.3.3 訊息傳遞機制：Handler

5.4 資源物件使用後未關閉

• 洩露原因
  對於資源的使用（如 廣播BraodcastReceiver、檔案流File、資料庫遊標Cursor、圖片資源Bitmap等），若在Activity銷燬時無及時關閉 / 登出這些資源，則這些資源將不會被回收，從而造成記憶體洩漏

• 解決方案
  在Activity銷燬時 及時關閉 / 登出資源

// 對於 廣播BraodcastReceiver：登出註冊
unregisterReceiver()

// 對於 檔案流File：關閉流
InputStream / OutputStream.close()

// 對於資料庫遊標cursor：使用後關閉遊標
cursor.close（）

// 對於 圖片資源Bitmap：Android分配給圖片的記憶體只有8M，若1個Bitmap物件佔記憶體較多，當它不再被使用時，應呼叫recycle()回收此物件的畫素所佔用的記憶體；最後再賦為null 
Bitmap.recycle()；
Bitmap = null;

// 對於動畫（屬性動畫）
// 將動畫設定成無限迴圈播放repeatCount = “infinite”後
// 在Activity退出時記得停止動畫

5.5 其他使用

• 除了上述4種常見情況，還有一些日常的使用會導致記憶體洩露
• 主要包括：Context、WebView、Adapter，具體介紹如下

5.6 總結

下面，我將用一張圖總結Android中記憶體洩露的原因 & 解決方案

6. 輔助分析記憶體洩露的工具

• 哪怕完全瞭解 記憶體洩露的原因，但難免還是會出現記憶體洩露的現象
• 下面將簡單介紹幾個主流的分析記憶體洩露的工具，分別是
  1. MAT(Memory Analysis Tools)
  2. Heap Viewer
  3. Allocation Tracker
  4. Android Studio 的 Memory Monitor
  5. LeakCanary

6.1 MAT(Memory Analysis Tools)

• 定義：一個Eclipse的 Java Heap 記憶體分析工具 ->>下載地址
• 作用：檢視當前記憶體佔用情況

  通過分析 Java 程序的記憶體快照 HPROF 分析，快速計算出在記憶體中物件佔用的大小，檢視哪些物件不能被垃圾收集器回收 & 可通過檢視直觀地檢視可能造成這種結果的物件

6.2 Heap Viewer

• 定義：一個的 Java Heap 記憶體分析工具
• 作用：檢視當前記憶體快照

  可檢視 分別有哪些型別的資料在堆記憶體總 & 各種型別資料的佔比情況

6.3 Allocation Tracker

• 簡介：一個記憶體追蹤分析工具
• 作用：追蹤記憶體分配資訊，按順序排列

6.4 Memory Monitor

• 簡介：一個 Android Studio 自帶 的圖形化檢測記憶體工具

• 作用：跟蹤系統 / 應用的記憶體使用情況。核心功能如下
  

6.5 LeakCanary

7. 總結

• 本文 全面介紹了記憶體洩露的本質、原因 & 解決方案，希望大家在開發時儘量避免出現記憶體洩露