Android Studio和 MAT 内存泄漏分析-技术圈

和你一起终身学习，这里是程序员Android

经典好文推荐，通过阅读本文，您将收获以下知识点:

一、Java内存分配策略
二、堆与栈的区别
三、Java管理内存的机制
四、Java中的内存泄漏
五、Android中常见的内存泄漏
六、Android中内存泄漏的排查与分析
七、总结

一、Java内存分配策略

Java 程序运行时的内存分配策略有三种：静态分配、栈式分配和堆式分配。对应的存储区域如下：

静态存储区（方法区）：主要存放静态数据、全局 static 数据和常量。这块内存在程序编译时就已经分配好，并且在程序整个运行期间都存在。
栈区：方法体内的局部变量都在栈上创建，并在方法执行结束时这些局部变量所持有的内存将会自动被释放。
堆区：又称动态内存分配，通常就是指在程序运行时直接 new 出来的内存。这部分内存在不使用时将会由 Java 垃圾回收器来负责回收。

二、堆与栈的区别

栈内存：在方法体内定义的局部变量（一些基本类型的变量和对象的引用变量）都是在方法的栈内存中分配的。当在一段方法块中定义一个变量时，Java 就会在栈中为该变量分配内存空间，当超过该变量的作用域后，分配给它的内存空间也将被释放掉，该内存空间可以被重新使用。

堆内存：用来存放所有由 new 创建的对象（包括该对象其中的所有成员变量）和数组。在堆中分配的内存，将由 Java 垃圾回收器来自动管理。在堆中产生了一个数组或者对象后，还可以在栈中定义一个特殊的变量，这个变量的取值等于数组或者对象在堆内存中的首地址，这个特殊的变量就是我们上面说的引用变量。我们可以通过这个引用变量来访问堆中的对象或者数组。

例子：

public class A {

    int a = 0;

    B b = new B();

    public void test(){
        int a1 = 1;
        B b1 = new B();
    }

}

A object = new A();

A类内的局部变量都存在于栈中，包括基本数据类型a1和引用变量b1，b1指向的B对象实体存在于堆中
引用变量object存在于栈中，而object指向的对象实体存在于堆中，包括这个对象的所有成员变量a和b，而引用变量b指向的B类对象实体存在于堆中

三、Java管理内存的机制

Java的内存管理就是对象的分配和释放问题。内存的分配是由程序员来完成，内存的释放由GC（垃圾回收机制）完成。GC 为了能够正确释放对象，必须监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等。这是Java程序运行较慢的原因之一。

释放对象的原则：该对象不再被引用。

GC的工作原理：
将对象考虑为有向图的顶点，将引用关系考虑为有向图的有向边，有向边从引用者指向被引对象。另外，每个线程对象可以作为一个图的起始顶点，例如大多程序从 main 进程开始执行，那么该图就是以 main 进程为顶点开始的一棵根树。在有向图中，根顶点可达的对象都是有效对象，GC将不回收这些对象。如果某个对象与这个根顶点不可达，那么我们认为这个对象不再被引用，可以被 GC 回收。

下面举一个例子说明如何用有向图表示内存管理。对于程序的每一个时刻，我们都有一个有向图表示JVM的内存分配情况。以下右图，就是左边程序运行到第6行的示意图。

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另外，Java使用有向图的方式进行内存管理，可以消除引用循环的问题，例如有三个对象相互引用，但只要它们和根进程不可达，那么GC也是可以回收它们的。当然，除了有向图的方式，还有一些别的内存管理技术，不同的内存管理技术各有优缺点，在这里就不详细展开了。

四、Java中的内存泄漏

如果一个对象满足以下两个条件：

（1）这些对象是可达的，即在有向图中，存在通路可以与其相连
（2）这些对象是无用的，即程序以后不会再使用这些对象

就可以判定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，继续占用着内存。

在C++中，内存泄漏的范围更大一些。有些对象被分配了内存空间，然后却不可达，由于C++中没有GC，这些内存将永远收不回来。在Java中，这些不可达的对象都由GC负责回收，因此程序员不需要考虑这部分的内存泄漏。

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五、Android中常见的内存泄漏

（1）单例造成的内存泄漏

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这是一个普通的单例模式，当创建这个单例的时候，由于需要传入一个Context，所以这个Context的生命周期的长短至关重要：

1.如果此时传入的是 Application 的 Context，因为 Application 的生命周期就是整个应用的生命周期，所以没有任何问题。

2.如果此时传入的是 Activity 的 Context，当这个 Context 所对应的 Activity 退出时，由于该 Context 的引用被单例对象所持有，其生命周期等于整个应用程序的生命周期，所以当前 Activity 退出时它的内存并不会被回收，这就造成泄漏了。

当然，Application 的 context 不是万能的，所以也不能随便乱用，例如Dialog必须使用 Activity 的 Context。对于这部分有兴趣的读者可以自行搜索相关资料。

（2）非静态内部类创建静态实例造成的内存泄漏

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

  private static TestResource mResource = null;

  @Override
  protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
      super.onCreate(savedInstanceState);
      setContentView(R.layout.activity_main);
      if(mManager == null){
          mManager = new TestResource();
       }//...
  }

  class TestResource {//...
  }
}

非静态内部类默认会持有外部类的引用，而该非静态内部类又创建了一个静态的实例，该实例的生命周期和应用的一样长，这就导致了该静态实例一直会持有该Activity的引用，导致Activity的内存资源不能正常回收。

（3）匿名内部类造成的内存泄漏

匿名内部类默认也会持有外部类的引用。如果在Activity/Fragment中使用了匿名类，并被异步线程持有,如果没有任何措施这样一定会导致泄漏。

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ref1和ref2的区别是，ref2使用了匿名内部类。我们来看看运行时这两个引用的内存：

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可以看到，ref1没什么特别的。但ref2这个匿名类的实现对象里面多了一个引用：
this$0这个引用指向MainActivity.this，也就是说当前的MainActivity实例会被ref2持有，如果将这个引用再传入一个异步线程，此线程和此Acitivity生命周期不一致的时候，就会造成Activity的泄漏。

例子：Handler造成的内存泄漏

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在该 MainActivity 中声明了一个延迟10分钟执行的消息 Message，mHandler 将其 push 进了消息队列 MessageQueue 里。当该 Activity 被 finish() 掉时，延迟执行任务的 Message 还会继续存在于主线程中，它持有该 Activity 的 Handler 引用，然后又因为 Handler 为匿名内部类，它会持有外部类的引用（在这里就是指 MainActivity），所以此时 finish() 掉的 Activity 就不会被回收了，从而造成内存泄漏。

修复方法：在 Activity 中避免使用非静态内部类或匿名内部类，比如将 Handler 声明为静态的，则其存活期跟 Activity 的生命周期就无关了。如果需要用到Activity，就通过弱引用的方式引入 Activity，避免直接将 Activity 作为 context 传进去。另外， Looper 线程的消息队列中还是可能会有待处理的消息，所以我们在 Activity 的 Destroy 时或者 Stop 时应该移除消息队列 MessageQueue 中的消息。见下面代码：

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（4）资源未关闭造成的内存泄漏

对于使用了BraodcastReceiver，ContentObserver，File， Cursor，Stream，Bitmap等资源的使用，应该在Activity销毁时及时关闭或者注销，否则这些资源将不会被回收，造成内存泄漏。

（5）一些不良代码造成的内存压力

有些代码并不造成内存泄漏，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。比如，Adapter里没有复用convertView等。

六、Android中内存泄漏的排查与分析

（1）利用Android Studio的Memory Monitor来检测内存情况

先来看一下Android Studio 的 Memory Monitor界面：

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最原始的内存泄漏排查方式如下：

重复多次操作关键的可疑的路径，从内存监控工具中观察内存曲线，看是否存在不断上升的趋势，且退出一个界面后，程序内存迟迟不降低的话,可能就发生了严重的内存泄漏。

这种方式可以发现最基本，也是最明显的内存泄漏问题，对用户价值最大，操作难度小，性价比极高。

下面就开始用一个简单的例子来说明一下如何排查内存泄漏。

首先，创建了一个TestActivity类，里面的测试代码如下：

@Override
   protected void processBiz() {
       mHandler = new Handler();
       mHandler.postDelayed(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
               MLog.d("------postDelayed------");
           }
       }, 800000L);
   }

运行项目，并执行以下操作：进入TestActivity，然后退出，再重新进入，如此操作几次后，最后最终退出TestActivity。这时发现，内存持续增高，如图所示：

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好了，这时我们可以假设，这里可能出现了内存泄漏的情况。那么，如何继续定位到内存泄漏的地址呢？这时候就得点击“Dump java heap”按钮来收集具体的信息了。

（2）使用Android Studio生成Java Heap文件来分析内存情况

注意，在点击 Dump java heap 按钮之前，一定要先点击Initate GC按钮强制GC，建议点击后等待几秒后再次点击，尝试多次，让GC更加充分。然后再点击Dump Java Heap按钮。

这时候会生成一个Java heap文件并在新的窗口打开：

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这时候，点击右上角的“Analyzer Task”，再点击出现的绿色按钮，让Android studio帮我们自动分析出有可能潜在的内存泄漏的地方：

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如上图所示，Android studio提示有3个TestActivity对象可能出现了内存泄漏。而且左边的Reference Tree（引用树），也大概列出了该实体类被引用的路径。如果是一些比较简单的内存泄漏情况，仅仅看这里就大概能猜到是哪里导致了内存泄漏。
但如果是比较复杂的情况，还是推荐使用MAT工具（Memory Analyzer）来继续分析比较好。

（3）使用Memory Analyzer（MAT）来分析内存泄漏

MAT是Eclipse出品的一个插件，当然也有独立的版本。下载链接：MAT下载地址

在这里先提醒一下：MAT并不会准确地告诉我们哪里发生了内存泄漏，而是会提供一大堆的数据和线索，我们需要根据自己的实际代码和业务逻辑去分析这些数据，判断到底是不是真的发生了内存泄漏。

MAT支持对标准格式的hprof文件进行内存分析，所以，我们要先在Android Studio里先把Java heap文件转成标准格式的hprof文件，具体步骤如下：

点击左侧的capture，选择对应的文件，并右键选择“Export to standard .hprof”导出标准的hprof文件：

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导出标准的hprof文件后，在MAT工具里导入，则看到以下界面：

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MAT中提供了非常多的功能，这里我们只要学习几个最常用的就可以了。上图那个饼状图展示了最大的几个对象所占内存的比例，这张图中提供的内容并不多，我们可以忽略它。在这个饼状图的下方就有几个非常有用的工具了。

Histogram：直方图，可以列出内存中每个对象的名字、数量以及大小。

Dominator Tree：会将所有内存中的对象按大小进行排序，并且我们可以分析对象之间的引用结构。

1）Dominator Tree

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从上图可以看到右边存在着3个参数。Retained Heap表示这个对象以及它所持有的其它引用（包括直接和间接）所占的总内存，因此从上图中看，前两行的Retained Heap是最大的，分析内存泄漏时，内存最大的对象也是最应该去怀疑的。

另外大家应该可以注意到，在每一行的最左边都有一个文件型的图标，这些图标有的左下角带有一个红色的点，有的则没有。带有红点的对象就表示是可以被GC Roots访问到的，
可以被GC Root访问到的对象都是无法被回收的。那么这就可以说明所有带红色的对象都是泄漏的对象吗？当然不是，因为有些对象系统需要一直使用，本来就不应该被回收。
如果发现有的对象右边有写着System Class，那么说明这是一个由系统管理的对象，并不是由我们自己创建并导致内存泄漏的对象。

根据我们在Android studio的Java heap文件的提示，TestActivity对象有可能发生了内存泄漏，于是我们直接在上面搜TestActivity（这个搜索功能也是很强大的）：

左边的inspector可以查看对象内部的各种信息：

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当然，如果你觉得按照默认的排序方式来查看不方便，你可以自行设置排序的方式：

Group by class
Group by class loader
Group by package

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从上图可以看出，我们搜出了3个TestActivity的对象，一般在退出某个activity后，就结束了一个activity的生命周期，应该会被GC正常回收才对的。通常情况下，一个activity应该只有1个实例对象，但是现在居然有3个TestActivity对象存在，说明之前的操作，产生了3个TestActivity对象，并且无法被系统回收掉。

接下来继续查看引用路径。

对着TestActivity对象点击右键 -> Merge Shortest Paths to GC Roots（当然，这里也可以选择Path To GC Roots） -> exclude all phantom/weak/soft etc. references

为什么选择exclude all phantom/weak/soft etc. references呢？因为弱引用等是不会阻止对象被垃圾回收器回收的，所以我们这里直接把它排除掉

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接下来就能看到引用路径关系图了：

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从上图可以看出，TestActivity是被this0又被callback所引用，接着它又被Message中一串的next所引用...到这里，我们就已经分析出内存泄漏的原因了，接下来就是去改善存在问题的代码了。

2）Histogram

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这里是把当前应用程序中所有的对象的名字、数量和大小全部都列出来了，那么Shallow Heap又是什么意思呢？就是当前对象自己所占内存的大小，不包含引用关系的。

上图当中，byte[]对象的Shallow Heap最高，说明我们应用程序中用了很多byte[]类型的数据，比如说图片。可以通过右键 -> List objects -> with incoming references来查看具体是谁在使用这些byte[]。

当然，除了一般的对象，我们还可以专门查看线程对象的信息：

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Histogram中是可以显示对象的数量的，比如说我们现在怀疑TestActivity中有可能存在内存泄漏，就可以在第一行的正则表达式框中搜索“TestActivity”，如下所示：

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接下来对着TestActivity右键 -> List objects -> with outgoing references查看具体TestActivity实例

注：
List objects -> with outgoing references ：表示该对象的出节点（被该对象引用的对象）
List objects -> with incoming references：表示该对象的入节点（引用到该对象的对象）

如果想要查看内存泄漏的具体原因，可以对着任意一个TestActivity的实例右键 -> Merge Shortest Paths to GC Roots（当然，这里也可以选择Path To GC Roots） -> exclude all phantom/weak/soft etc. references,如下图所示：