Android内存泄漏定位与解决

问题现象

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反复点击被测试的Android App的toolbar界面，然后返回再点击。在此重复过程中，发现到一定次数时，页面打开速度变慢，有时达到5s，十分影响用户体验。该问题涉及app所采用的webview框架的所有界面，影响面大。

初步分析

加载界面慢，一般有2种情况：一是每次都慢，那么与该界面的布局（layout）效率或业务逻辑（主线程动画/同步的业务逻辑）关系更大；另外一种是重复打开几次，会遇到一次变慢，并且循环发生，根据多次内存问题的分析经验，会与内存泄漏关系更大。至于为何有如此的判断依据，下文会进行解释。

该问题属于后者，因此首先从内存的角度进行分析。使用Android官方提供的DDMS工具，选中App所在进程，监控该进程的堆内存状况，如下表所示，随着重复打开界面次数的增加，堆内存一直呈上升趋势，而且，测试过程中，即使点击DDMS的Gause GC（Garbage Collector 内存垃圾回收）来主动触发内存垃圾回收，堆内存也没有下降。

     从该图可以判断，无论是系统自发的GC或QA主动触发，对内存都不会下降，说明有相当一部分对象被一直引用着，导致GC时不会去释放这部分对象的内存，而每打开一次界面，又会在堆上为新的对象分配内存，最终结果就是内存泄漏。

对内存泄漏有了初步判断后，下一步是使用MAT工具分析该场景所有对象的内存占用和引用关系，从而定位出具体导致泄漏的类。首先同样地重复打开该界面，在打开第5次、10次、20次的时候，分别dump出当时的hprof文件（相当于所有对象的内存画像），3个文件在MAT的sumary分析中，都指出DynamicBgDrawable这个类的对象存在内存泄漏的风险

     于是问题的分析有了下一步的目标。继续使用MAT查看DynamicBgDrawable对象的引用链：

     从上图看出，GraphicContent这个类的mContents成员（WeakHashMap类型）是mBackground对象（DynamicBgDrawable类型）的root引用，这说明正是因为GraphicContent中mContents对mBackground的间接引用一直未释放，才导致DynamicBgDrawable对象内存的泄漏，到这里就可以从GraphicContent.java的代码继续寻找问题的原因了。

代码&业务分析

     从GraphicContent类的两处代码可以看出，GraphicContent一直持有着View，而WeakHashMap这个结构，如果作为key的View没有被释放，作为value的GraphicContent也不会被释放，而这里的View，在实际运行时，传的就是DynamicBgDrawable对象，所以形成DynamicBgDrawable与GraphicContent循环引用，互不释放的局面，随着重复地调用次数增多，无法释放的对象越来越多，最终导致内存泄漏。

真相大白

Android App是运行在Dalvik虚拟机之上的Java程序，Dalvik是Java虚拟机（JVM）针对Android改造的版本，许多机制沿袭了JVM的设计，包括内存管理。对JVM的内存管理和回收机制进行了解，能更深入地理解该Bug的分析手段和定位过程。

以上是Java虚拟机（JVM）的内存区域划分，Java只能在堆中存放对象，而不能在栈上分配对象，所有运行时产生的对象全部都存放于堆中，包括数组。是一个线程的执行区域， 它保存着一个线程中的方法的调用状态，也可以说，一个Java线程的运行状态，都由一个Java栈来保存。每个线程都会有自己的Java栈， 不会相互访问其他Java栈中的数据。同时，基本数据类型也是在栈中保存，包括boolean、byte、char、short、int、float、long、double。所以在分析这个Bug时，只关心堆内存，而不关心栈内存。因为对象内存的泄漏（溢出）只会发生在堆内存上。

下面解释开头的问题：为什么概率性加载缓慢，更有可能与内存相关。首先需要了解Dalvik虚拟机的内存垃圾回收原理：

     Dalvik中会维护一个对象的引用关系图，如上图所示，方块代表一个对象，mark后的数字代表这个对象被持有的引用个数。当Dalvik进行GC时，首先会做“标记”，将每个对象被引用的次数进行标记。上图中，Root是引用关系图的起点，蓝色方块代表该对象被持有了引用，那么它的内存不会被回收。白色方块代表该对象没有或即将不被持有引用。”标记”过程结束后，GC就进入”清除”过程，会把所有mark为0的对象内存释放掉，从而完成一次GC的操作。

  

     上图就是GC进行“清除”操作前后的示意图。可以看出，在回收前，连续的可用内存较少，等同于碎片较多，在回收后，连续的可用内存变多了。我们回到bug本身，由于每次打开界面，都会为新的对象分配内存，于是上图中的存活对象方块会会越来越多，连续的未使用区域会越来越少，这时当下一次打开界面时，因为碎片过多，无法分配内存给对象，特别是大对象，就会过早的引起GC。而对象越多，一次GC的时间会越长，从而加大了系统的负载，增加了App界面的调起时间。下一步，当完成GC后，如果有足够的内存可分配，则是较好的情况，如果像该Bug的情况，占用大片内存的对象一直被引用着而不被GC释放，在下一次打开界面时，Android系统就需要为这个App分配更大的堆内存，以保证内存分配成功。当内存泄漏到一定程度，系统无法保证为App分配足够内存时，则内存溢出（Out Of Memory, OOM）就会发生。

     上图解释了界面概率性打开缓慢与内存更相关的原因。图中黑色的步骤都会增加界面的加载时间，上面的黑色步骤，是由于内存碎片引起，会随着打开次数增多，发生概率加大。下面的黑色步骤，是根据GC后App所生堆内存大小相关，每次打开界面的情况都会不一样，因此，才会出现概率性的打开缓慢，从而为我们分析这种问题提供思路——就是开头提到的，如果是概率性打开缓慢，可以优先考虑和内存问题相关。

解决方案

将mView改为弱引用，每次垃圾回收（GC）时，都会回收View对象，从而使WeakHashMap中的value（GraphicContent）对象也能自动得到释放。

总结

该Bug的分析和解决过程，具有典型的代表性，在实际项目中，有多个Android内存泄漏的Bug，都是采用上述的定位方法和分析工具进行解决的，是一套通用且有效的Bug定位方案。而相互引用的问题，等价于死锁情况，也是程序中典型的问题场景。弱引用的使用有效地解决业务和内存泄漏的问题，在Android app的内存泄漏和溢出的解决中，经常会被采用，也可以作为Code Review的一个关注点进行推广。

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