Android内存优化案例分析

前言：

术语

开机内存： 手机连接Wifi热点、插入注册网络的SIM卡，重启后、静置5分钟，采集的进程内存值；
常驻内存： 业务进程工作任务结束退至后台、静置5分钟，采集的进程内存值；
动态内存： 业务进程在后台运行工作任务时，采集的进程内存峰值；
场景内存： 用户使用典型业务场景时，相关依赖服务进程在前台、后台运行的内存总和；
驻留比率： 用于标识进程在后台的常驻概率，驻留比率=“B Serveices优先级及以上采样命中数” /“总样本数”。

常用分析工具

Android Studio Profile

Android Studio 3.0 及更高版本中的 Android Profiler 取代了 Android Monitor 工具。Android Profiler 工具可提供实时数据，帮助您了解应用的 CPU、内存、网络和电池资源使用情况。该工具大家用得比较多，这里就不过多赘述。

传送门： https://developer.android.google.cn/studio/profile/android-profiler

Memory Analyzer工具

MAT 是一个快速，功能丰富的 Java Heap 分析工具，通过分析 Java 进程的内存快照 HPROF 分析，从众多的对象中分析，快速计算出在内存中对象占用的大小，查看哪些对象不能被垃圾收集器回收，并可以通过视图直观地查看可能造成这种结果的对象。
adb或Android studio Profile抓取的heap文件，需要使用（AndroidSdk\platform-tools\hprof-conv.exe）转换之后才能打开
传送门： https://www.eclipse.org/mat/

Perfetto

可以分析内存产生过程的方法栈，区别于hprof文件，heap文件时某个时刻的内存。而perfetto作用的是过程内存。一般用于分析可以复现内存问题的场景，这里不过多赘述。
传送门：https://ui.perfetto.dev/#!/record?p=instructions

Jadx-gui

jadx是个人首选的反编译利器，同时支持命令行和图形界面，能以最简便的方式完成apk的反编译操作。
下载地址

常用adb命令

adb shell dumpsys meminfo <package>

查看进程内存分布信息，如：adb shell dumpsys meminfo com.demo
注意该方式会产生一次gc

adb shell "dumpsys meminfo | grep pcakgename"

查看某个进程内存总值，该方式不会触发gc

adb shell showmap <pid>
adb pull proc/<pid>/smaps

code，system的内存分布，可以用于分析代码量内存分布，包括系统的类

adb shell am dumpheap <pid>

dump javaHeap部分的对象实例，可以借助Android Profile，MAT打开hprof文件分析
Android Profile会显示所有的对象实例，包括可以待gc回收的对象，而且方便清除知道对象的变量，方便定义是什么业务产生的
MAT只会显示不会被gc回收的对象，可以查看GC链，但是可以对比两个hprof文件差异性

adb shell am dumpheap -n <pid>

dump native的对象，然后根据编译Rom的产物之一：带有符号信息so文件（默认在$ANDROID_PRODUCT_OUT/symbols目录下），如果没有可以从root的手机里获取（system/lib64，vendor/lib64），使用native_heapdump_viewer.py解析，然后前后对比，就可以知道是哪些方法导致的内存增长。
Linux命令：python native_heapdump_viewer.py --html --symbols /symbols/ heap.txt > heap_info.tx
注意需要在Linux服务器上执行，要不然无法全部解析所有的方法栈。或者使用python工程解析也可以
传送门：
n ative_heapdump_viewer.py

案例分析：

一、常驻内存优化

根据dumpsys meminfo查看内存分布后，根据不同内存分布，做相应的优化

如下为应用优化前的内存分布：

App Summary

Pss(KB)                        Rss(KB)

------                         ------

Java Heap:     4488                          32216

Native Heap:     7016                          12576

Code:    16596                          62912

Stack:     2272                           2288

Graphics:        0                              0

Private Other:     3416

System:     1964

Unknown:                                    7880

TOTAL PSS:    35752            TOTAL RSS:   117872      TOTAL SWAP (KB):        0

数据分析初步结论：发现code部分占大头，native内存也偏高

Java Heap：

通过adb shell am dumpheap或profile工具抓取javaHeap文件 重点关注以下几个点（要很细心，一个个查看，不要错过任何怀疑的可能性）

1、对象个数（Allocations值）高的对象
2、对象内存占用值（Shallow Size），查看代码确认该对象是否有必要常驻
3、相关联的内存值（Retainaed Size）
4、预期结果是只有单个实例的，是否出现了多个实例
5、常见的内存大对象，比如：Thread，HandlerThread等

通过javaHeap文件可知，

1、其中一个内存大块为数据库相关，应用由5个db数据库，
只能做到延迟加载，使用到对应的数据库之后才进行加载，并且减少数据库执行语句的缓存数，
SQLiteDatabase.setMaxSqlCacheSize()
另外，我也尝试过，写一个有效期的Map，长时间不使用主动关闭数据库，并且释放缓存。发现没法完全释放掉，会残留一些用于同步的ThreadLocal对象，如果频繁的创建，连接、关闭数据库，就会累计很多无用的对象，导致内存泄漏，所有我放弃了该方式

2、Thread、HandlerThread的优化

重点：自定义线程，自定义线程池，一定要复写自己的线程名，方便定位问题，要不然dump内存时或者看日志时，都不知道该线程是由哪个业务创建的

线程的创建，也会带来Stack内存

修改措施：
1）、使用线程池，防止频繁创建线程，产生临时内存，
2）、去掉没有必要的HandlerThread，使用公共HandlerThread或者线程池替代
3）、未及时关闭的Closeable对象

可以配置
StrictMode.VmPolicy vmPolicy = new StrictMode.VmPolicy.Builder().detectActivityLeaks()
.detectLeakedClosableObjects()
.detectLeakedSqlLiteObjects()
.penaltyLog()
.build();
StrictMode.setVmPolicy(vmPolicy);

如果没有及时关闭，日志里会打印相关的堆栈打印
如：W/System: A resource failed to call close，

Native Heap：

方式一、通过perfetto，和Android Profile的抓取，查看执行过程

主要如下几个方面：

1）、数据操作相关的，而且还发现不仅打开数据时会产生内存，执行sqlite语句，也会产生内存，目前还没分析出原因，使用的是加密的数据库，没找到对应的源码，只能暂时放弃了，知道的小伙伴欢迎留言
2）、另外一块就是网络安全请求相关，目前也没想到好的优化方法
方式二、因为找不到Rom编译的产物，带有符号信息so文件，所有放弃了查看当前native堆栈对象

Code：

1、反编译apk，去除不必要的SDK，不必要的代码

1.1、应用是由多个插件化apk的，

使用jadx工具反编译，先分析baseApk发现有引用很多界面相关的代码，

androidx.appcompat:appcompat
com.google.android.material:material
androidx.constraintlayout:constraintlayout

是后台常驻系统应用，不需要界面相关的内容，并且通过搜索反编译的代码，无界面相关的应用，可去除掉，并且引入
去掉之后，release APK由7726KB减少至3983KB

1.2、应用插件apk去掉baseApk已经引入的SDK

可以通过gradlew app:dependencies 命令可以查看SDK引用之间的依赖关系
引入某个SDK间接引入其他SDK的，可以通过在gradle文件里exclude去除如：

通过一通裁剪后，插件APK由7.7M降到3.7M

2、额外引入的SDK，深度裁剪

查看引用的SDK实现的功能，原生Java、Android接口是否有等效接口
案例：应用的某个业务使用到joda-time:joda-time SDK，用于实现某个时间戳是星期几、一年中的第几天等功能。该SDK的引用会带来应用进程1M左右的Code 内存。

□修改方案：使用等效功能的java原生接口（java.util.Calendar）替代额外引用的SDK（org.joda.time.DateTime）的功能，并打包apk时不引用该SDK
裁剪后APK 大小由3.7M降至2.4M
替换的接口，建议大家最好写个单元测试，测试一下替换前后返回的结果都是一致的

Graphics

该部分多数为view，图片等原因导致，本应用这里不涉及，不过多赘述

二、场景内存优化

主要为执行业务过程中，内存是否有优化的空间
主要从如下几个方面分析

1、内存碎片化

在执行周期性任务，或者频繁执行的任务时，避免创建新的实例对象
可能会导致产生很多临时对象，只能等到下次gc触发了才可以释放，会出现内存抖动的情况
在实现自定义view中，咱们都知道不能在onDraw()频繁创建对象

案例：

主要通过dump java heap分析，对象GC引用链为0的（Depth为-)，就代表该对象待GC回收
手机静置5分钟左右，出现了大量ThreadPool$ThreadTask，Runnable，ConnectedWiifBean等对象
通过业务代码，可知，

1）、业务会周期性获取wifi连接信息，并且做一些业务处理，周期性的任务调度会产生大量（ThreadTask，Runnable）
修复方案：参考android.os.Message的缓存策略，通过链表方式缓存Message，防止频繁创建新的对象
2）、业务会保持一次队列，只需要保存最近获取到20条wifi连接信息，旧的移除掉
修复方案：复用被移除的对象，清除内部变量值，并重新赋值

2、内存泄露

估计大家都熟悉，这里就不过多赘述，
个人认为只要该内存对象以后多不需要用到了，但是无法gc回收，都属于内存泄露的范畴
主要分析方法为通过MAT查看GC引用链来定位
一般开发过程需要注意，Listener之类的要成对出现，结束后确保结束监听等

3、提前初始化

分离测试代码，正式版本使用哑类来实现
惰性加载等方式延迟初始化，防止无效的内存占用
如果使用kotlin就有现成的语法糖，by lazy，koin依赖注入框架等

三、日常开发建议

1、尽量缩小变量的应用范围，能使用局部变量，传参方式实现的，就不使用全局变量，即可以优化内存开销，也可以解决多线程带来的错误数据

2、线程一定要自定义线程名，便于定位是哪个业务使用的线程

附录：

1、如果有发现不妥的地方，欢迎来扰