Android應用程序中的內存泄漏與規避方法

尹文剛，楊斌

（西南交通大學 信息科學與技術學院，成都 610031）

引 言

Android應用程序中內存使用的問題經常容易被忽視，在傳統的編程語言中（例如C語言），回收內存的任務是由程序本身來完成的，程序可以顯式分配和釋放變量所占用的內存。Android[1]應用程序采用Java編程語言編寫，而Java區別于其他語言的一個重要優點就是它通過垃圾收集器（Garbage Collection，GC）自動管理內存的回收，Java程序員只需通過內存分配操作創建對象，而無須關心對象占用的空間是如何被收回的。因此很多程序員認為在Java中不必擔心內存泄漏的問題，然而實際并非如此，Java中仍然存在著內存泄漏。Android應用程序運行在嵌入式系統中，而嵌入式系統中內存的總量非常有限，因此如何合理地規避“內存泄露”問題也就顯得十分關鍵。

1 造成Android應用程序內存泄漏的原因

1.1 引用沒釋放造成的內存泄露

（1）注冊沒有取消造成的內存泄漏

這種Android的內存泄露比純Java的內存泄漏還要嚴重，因為其他一些Android程序可能引用系統的Android程序的對象（比如注冊機制）。即使Android程序已經結束了，但是別的應用程序仍然還有對Android程序的某個對象的引用，泄漏的內存依然不能被垃圾回收。

（2）集合中對象沒有關閉造成的內存泄漏

通常把一些對象的引用加入到了集合中，當我們不需要該對象時，并沒有把它的引用從集合中清理掉，慢慢地這個集合就會越來越大。如果這個集合是靜態的話，那情況就會更嚴重。

1.2 資源對象沒有關閉造成的內存泄漏

資源對象比如Cursor、File文件等往往都用了一些緩沖，在不使用的時候應該及時關閉它們，以便它們的緩沖及時回收內存。這些緩沖不僅存在于Java虛擬機內，還存在于Java虛擬機外，如果僅僅是把它的引用設置為空，而不關閉它們，那么往往會造成內存泄漏。

一些不良代碼造成的內存壓力原因如下：

◆Bitmap沒有調用recycle（）；

◆構造Adapter時，沒有使用緩存的convertView；

◆ThreadLocal使用不當；

◆其他。

2 內存泄漏的檢測及定位

2.1 內存泄漏的檢測

Android應用程序是基于虛擬機的，其內存管理都是由Dalvik[2]代為管理，GC的回收不是及時的。一個正常的應用程序在其運行穩定后其內存的占用量是基本穩定的，不應該是無限制的增長。同樣，對任何一個類的對象的使用個數也有一個相對穩定的上限，不應該是持續增長的。當我們持續地觀察某個應用程序運行過程中使用內存的大小和各實例的個數時，如果內存的大小持續增長，則說明系統存在內存泄漏的問題；如果特定類的實例對象個數隨時間而增長，則說明這個類的實例可能存在泄漏情況。比如一個Activity被關掉之后，其內存的引用對象會在下次GC回收[3]的時候通過回收算法計算，如果這部分內存已經屬于可回收的對象，那么這些垃圾對象會被一并回收，內存未泄漏趨勢圖如圖1所示。

圖1 內存未泄漏趨勢圖

內存泄漏趨勢圖如圖2所示。在重復打開關閉某個應用程序的時候，內存一直在向上爬升，也就是說每次關閉這個Activity的時候，有些應該釋放的內存并沒有被釋放掉。由此我們可以確定這個應用程序存在著內存泄漏的問題。

2.2 內存泄漏的位置定位

查找內存泄漏一種比較徹底的方法就是代碼走查，我們可以一行一行地分析對象的創建去留等等[4]，但會很耗時間也比較迷茫。這里可以通過Eclipse Memory Analyzer Tool（MAT）工具來定位內存泄漏的位置，該方法只適用于Java層的查找，對C／C＋＋沒用，也就是說只針對于被虛擬機來管理的進程和內存。MAT的解析文件是.hprof文件，這個文件里面存放了某進程的內存快照，MAT通過解析.hprof文件就會自動生成一個內存泄漏推測報告，通過分析這個報告就可以準確定位到有可能存在內存泄漏的具體位置。

圖2 內存泄漏趨勢圖

然而，還有一些內存泄漏通過MAT是查不出來的，比如native的代碼，對C／C＋＋是無能為力的，對于這些問題本文并沒有做過多的研究。

3 規避內存泄漏的方法

在編寫應用程序的過程中，對于BraodcastReceiver、ContentObserver、FileObserver在Activity onDestory或者某類聲明周期結束之后一定要注銷掉，否則這個Activity類會被系統強引用，不會被內存回收。

在定義成員變量時，不要直接對Activity進行引用而作為成員變量。如果不得不這么做，那么可以用private Weak Reference＜Activity＞mActivity來聲明。同樣，對于Service等其他有自己聲明周期的對象來說，直接引用都需要謹慎考慮是否會存在內存泄漏的可能。

在應用程序中，很多內存泄漏是由于循環引用而造成的，比如a中包含了b，b中包含了c，c中又包含a，這樣只要一個對象存在，那么其他對象肯定會一直常駐內存。因此，在編寫應用程序時要從邏輯上來分析是否需要這樣的設計。

Bitmap對象不再使用時，調用recycle（）方法釋放內存。如果一個Bitmap對象比較占內存，當它不再被使用的時候，可以調用Bitmap.recycle（）方法回收此對象的像素所占用的內存，這個不是必須的，可視情況而定。

還要注意釋放對象的引用。當一個生命周期較短的對象A，被一個生命周期較長的對象B保有其引用的情況下，在A的生命周期結束時，要在B中清除掉對A的引用。

4 內存監測工具DDMS和內存分析工具MAT

4.1 內存監測工具DDMS

我們在開發Android應用程序時，很容易造成內存的泄漏，這時需要一些工具來幫助我們檢查代碼中是否存在會造成內存泄漏的不良代碼。在Android tools的DDMS里面帶有一個內存監測工具Heap，用它來監測應用程序使用內存的情況，這里需要和Eclipse配合使用。利用Heap工具監測應用進程使用內存情況的方法如下：

① 首先啟動Eclipse，切換到DDMS透視圖，并確認Devices視圖、Heap視圖都已打開。將要測試的設備（比如手機）通過USB數據線連接到電腦上，連接成功后，會在DDMS的Devices視圖界面中顯示手機設備的序列號，以及設備中正在運行的部分進程信息。

② 然后選中想要監測的進程，比如system＿process進程，進而選中Devices視圖界面中最上方一排圖標中的“Update Heap”圖標，點擊 Heap視圖中的“Cause GC”按鈕，此時在Heap視圖中就會看到當前選中的進程的內存使用量的詳細情況。

③Heap視圖界面會定時地刷新正在監測的進程內存使用情況，通過不斷地操作被監測的應用程序來觀察內存使用的變化。

那么如何才能知道被監測的應用程序是否存在內存泄漏呢？這里需要注意一個值：Heap視圖中有一個類型值叫做data object，即數據對象。在data object一行中有一列是“Total Size”，其值就是當前進程中所有Java數據對象的內存總量。一般情況下，這個值的大小決定了應用程序是否存在內存泄漏。我們不斷地操作當前應用，同時注意觀察data object的Total Size值，正常情況下Total Size的值都會穩定在一個有限的范圍內，也就是說由于程序中的代碼良好，沒有造成對象不被垃圾回收的情況，內存占用量保持在了一個相對穩定的水平；反之，如果代碼中存在沒有釋放對象引用的情況，則data object的Total Size值會隨著操作次數的增多越來越大，直到到達一個上限后導致進程被殺掉。

通過上面的分析，使用DDMS的Heap視圖工具可以很方便地確認應用程序是否存在內存泄漏的問題。

4.2 內存分析工具MAT

通過DDMS工具可以判斷應用程序中是否存在內存泄漏的問題，那又如何定位到具體出現問題的代碼片段，最終找到問題所在呢？內存分析工具MAT Memory Analyzer Tool解決了這一難題。MAT工具是一個Eclipse插件，同時也有單獨的RCP客戶端，MAT工具的解析文件是.hprof，這個文件存放了某進程的內存快照。MAT工具定位內存泄漏具體位置的方法如下：

① 生成.hprof文件。Eclipse中生成.hprof文件的方法有很多，不同Android版本中生成.hprof的方式也稍有差別，但它們整體思路是一樣的。我們在DDMS界面選中想要分析的應用進程，在Devices視圖界面上方的一行圖標按鈕中，同時選中“Update Heap”和“Dump HPROF file”兩個按鈕，這時DDMS將會自動生成當前選中進程的.hprof文件。

② 將.hprof文件導入到MAT工具中，MAT工具會自動解析并生成報告，點擊“Dominator Tree”按鈕，并按包分組，選擇已定義的包類點右鍵，在彈出的菜單中選擇List objects－>With incoming references，這時會列出所有可疑的類。右鍵點擊某一項，并選擇Path to GC Roots－>exclude weak／soft references，MAT工具會進一步篩選出跟程序相關的所有內存泄漏的類。這樣就可以追蹤到某一個產生內存泄漏的類的具體代碼中。

使用MAT內存分析工具查找內存泄漏的根本思路是找到哪個類的對象的引用沒有被釋放，然后分析沒有被釋放的原因，最終定位到代碼中哪些片段存在著內存泄漏。

結 語

Android應用程序中內存泄漏是一個特別重要但又難以解決的問題，不再有用的對象被其他依然有用的對象所引用是導致內存泄漏的主要原因。程序員良好的編程風格和專業的檢測工具可以有效地減少內存泄漏的問題，比如上面介紹的內存監測工具DDMS和內存分析工具MAT。但如何更好地避免甚至消除內存泄漏、如何解決因內存泄漏而導致的Android應用程序系統性能下降問題，將是內存泄漏相關領域的重要研究方向。

[1] Android project official.Android project[EB／OL].[2012－02].http：／／www.android.com／.

[2] 韓超，梁泉.Android系統原理及開發要點詳解[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3] 孔凡良.Java程序內存泄漏研究[J].科技廣場，2009（9）：33－35.

[4] 賈曉霞，吳際，金茂忠.Java程序內存泄漏綜述[J].計算機應用研究，2006（9）：1－3.