安卓之内存管理，强制回收机制以及应对措施分析

文章摘要

????????安卓操作系统作为全球最流行的移动操作系统之一，其强大的功能和灵活性深受开发者与用户的喜爱。然而，随着应用的复杂性和用户需求的增长，应用的内存管理变得尤为重要。在这其中，安卓的强制回收机制起着至关重要的作用。本文将深入探讨安卓系统中的内存管理机制，并聚焦于其核心组成部分——强制回收（Garbage Collection）机制。

一、内存管理概述

????????Android系统采用Java虚拟机Dalvik/ART进行内存管理。ART（Android Runtime）自Android 5.0开始取代了Dalvik作为默认运行环境，它引入了提前（AOT）编译和垃圾回收优化，显著提升了性能与效率。

二、内存分配与对象生命周期

????????每当应用程序创建新的对象时，系统会在堆内存中为其分配空间。每个对象都有其生命周期，当没有任何引用指向该对象时，理论上应该被回收以释放内存。然而，在没有自动垃圾回收机制的情况下，开发者需要手动管理这些生命周期，这容易引发内存泄漏等问题。

三、强制回收机制概述

????????安卓的强制回收机制是一种自动的内存管理机制，用于释放不再使用的对象所占用的内存。当系统认为需要释放内存时，它会强制终止一些应用进程，回收其占用的内存。这一过程对于保持系统的流畅运行和提供更好的用户体验至关重要。

四、强制回收机制的工作原理

????????安卓的强制回收机制主要依赖于其运行时环境（ART）或Dalvik虚拟机。当系统检测到内存不足时，会触发回收机制。系统会根据一系列算法评估哪些应用进程可以被回收，然后强制结束这些进程。在此过程中，被回收的应用进程将无法响应任何用户输入，直到其重新创建。

4.1、可达性分析

????????垃圾回收器首先会执行可达性分析算法，从一系列根对象出发，遍历整个对象图，识别出哪些对象是“可达”的（即至少可以从一个根对象间接引用到），而不可达的对象则被认为是可回收的。

4.2、标记-清除阶段

????????经过可达性分析后，系统会标记出所有可回收的对象，然后清除它们占用的内存空间，以便后续重新分配给其他对象使用。

4.3、压缩或复制

????????为了避免内存碎片化，ART还可能进行内存整理操作，比如将存活的对象压缩到连续的内存区域，或者在分代垃圾回收策略下，将年轻代中的存活对象复制到老年代。

4.4、并发与低暂停时间

????????现代Android垃圾回收器设计旨在尽量减少因回收工作而导致的应用程序暂停时间，采用并发标记与清理等技术来提高整体性能。

五、如何影响应用开发

????????对于应用开发者来说，了解强制回收机制的工作原理至关重要。在开发过程中，开发者需要确保应用能够有效地管理内存，避免内存泄漏。此外，开发者还需要注意应用的响应性和性能，确保在回收发生时，应用能够快速恢复并响应用户输入。

六、如何优化应用以应对强制回收

6.1、合理管理内存

????????开发者应避免内存泄漏，确保不再使用的对象及时释放内存。使用弱引用、缓存等策略可以有效管理内存。

6.1.1、使用弱引用（WeakReference）

????????当一个对象需要引用其他对象时，可以考虑使用弱引用。弱引用不会增加引用计数，当垃圾回收机制运行时，如果当前对象不再被其他对象引用，那么这个弱引用对象所引用的目标对象也会被回收。

WeakReference<MyObject> weakReference = new WeakReference<>(MyObject.class);  
MyObject myObject = weakReference.get(); // 获取引用  
if (myObject != null) {  
    // 使用myObject进行操作  
}  
// 当不再需要引用myObject时，不需要调用myObject = null;  
// 当垃圾回收机制运行时，myObject将被自动回收

6.1.2、关闭资源

????????在使用完文件、网络连接、数据库连接等资源后，确保关闭它们。这可以避免资源泄漏和内存泄漏。

FileInputStream fis = null;
try {
    fis = new FileInputStream("file.txt");
    // 读取文件内容
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (fis != null) {
        try {
            fis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

6.1.3、释放图像资源

????????在使用完图像资源后，确保调用 recycle() 方法来释放内存。

Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.image);
// 使用图像资源
bitmap.recycle();

6.1.4、取消注册广播接收器

????????在不再需要接收广播时，取消注册广播接收器。

@Override
protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    unregisterReceiver(broadcastReceiver);
}

6.1.5、释放动画资源

????????在使用完动画资源后，确保调用 clearAnimation() 方法来释放内存。

Animation animation = AnimationUtils.loadAnimation(this, R.anim.animation);
view.startAnimation(animation);
// 使用动画资源
view.clearAnimation();

6.1.6、释放资源

????????在不再需要使用资源时，确保调用 release() 方法来释放内存。

MediaPlayer mediaPlayer = MediaPlayer.create(this, R.raw.sound);
mediaPlayer.start();
// 使用媒体播放器
mediaPlayer.release();

6.1.7、避免使用静态变量

????????静态变量的生命周期与应用程序的生命周期相同，因此它们可能导致内存泄漏。尽量避免使用静态变量来存储对象，而是使用实例变量或局部变量。

6.1.8、在匿名内部类/Listener等回调中正确解除引用

// 错误的做法：匿名内部类直接持有外部类引用，当网络请求完成时，即使Activity已销毁，仍然持有其引用
button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        makeNetworkRequest();
    }
});

// 正确的做法：确保在Activity生命周期结束后取消所有可能引起内存泄漏的异步任务
private final ActivityEventListener mActivityEventListener = new ActivityEventListener() {
    @Override
    public void onActivityDestroyed(Activity activity) {
        cancelAllNetworkRequests();
    }

    // 其他回调...
};

// 在网络请求中使用Application Context而不是Activity Context
public void makeNetworkRequest() {
    SomeNetworkClient.get().fetchData(applicationContext, new Callback() {
        @Override
        public void onResponse(Data data) {
            // ...
        }

        @Override
        public void onFailure(Throwable t) {
            // ...
        }
    });
}

// 或者在Activity onDestroy时移除监听器
@Override
protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    button.setOnClickListener(null);
    // 取消所有注册的监听器和订阅
}

6.2、优化代码

????????通过优化代码结构，减少不必要的对象创建和避免大对象的频繁分配，可以降低回收频率。

6.2.1、使用局部变量

????????尽量将变量的作用域限制在需要的地方，避免全局变量的使用。这样可以减少内存泄漏的风险，并提高代码的可读性。

6.2.2、使用基本数据类型

????????尽量使用基本数据类型（如int、float等），而不是包装类（如Integer、Float等）。基本数据类型的存储空间更小，访问速度更快。

6.2.3、避免使用过多的临时对象

????????在循环或递归中，尽量避免创建过多的临时对象。可以使用对象池或其他方法来重用对象。

6.2.4、使用StringBuilder

????????在处理字符串拼接时，使用StringBuilder而不是String，可以提高性能。因为String是不可变的，每次拼接都会创建一个新的String对象，而StringBuilder是可变的，可以在原有的基础上进行修改。

6.2.5、使用位运算

????????在进行位运算时，尽量使用位运算符（如&、|、^等），而不是算术运算符（如+、-、*、/等）。位运算的速度更快，占用的内存更少。

6.2.6、使用缓存

????????对于重复计算的结果，可以使用缓存来存储，避免重复计算。例如，可以使用HashMap来存储已经计算过的斐波那契数列的值，对于大对象（如Bitmap）采用缓存策略。

// 使用LruCache来缓存已经加载过的Bitmap
private LruCache<String, Bitmap> bitmapCache;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    int cacheSize = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 8); // 设置缓存大小为总内存的1/8
    bitmapCache = new LruCache<>(cacheSize);

    // 加载图片前先检查缓存
    Bitmap bitmap = bitmapCache.get(imageUrl);
    if (bitmap == null) {
        bitmap = downloadAndDecodeBitmap(imageUrl); // 下载并解码图片
        bitmapCache.put(imageUrl, bitmap); // 缓存图片
    }
    imageView.setImageBitmap(bitmap);
}

// 确保不再使用的Bitmap被正确回收
@Override
protected void onDestroy() {
    for (Bitmap value : bitmapCache.snapshot().values()) {
        value.recycle();
    }
    bitmapCache.evictAll(); // 清空缓存
    super.onDestroy();
}

6.2.7、使用懒加载

????????对于一些不常用的资源，可以使用懒加载的方式来加载，只在需要时才进行加载。这样可以节省内存，提高性能。

6.2.8、避免在循环中创建临时对象

// 错误的做法：每次循环都新建一个String对象
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    list.add(new String("Item " + i));
}

// 正确的做法：尽量减少对象创建次数
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    sb.setLength(0);
    sb.append("Item ").append(i);
    list.add(sb.toString());
}

6.2.9、使用轻量级数据容器

????????使用SparseArray代替HashMap，使用ArrayMap代替HashMap等，这些轻量级数据容器在空间占用和性能方面更加优秀。

6.3、异步处理

????????对于耗时操作，如网络请求和大数据处理，应使用异步方式进行，以避免阻塞主线程。

参考《安卓开发之线程的常用使用方式优劣分析》https://blog.csdn.net/wlred1980/article/details/134906268

6.4、优化图片资源

????????合理压缩和优化图片资源，以减少内存占用。

6.4.1、使用适当的图片格式

????????根据应用的需求，选择适当的图片格式，如PNG、JPEG、WebP等。WebP格式通常比JPEG格式具有更高的压缩率，而且支持透明度和动画。

6.4.2、压缩图片大小

????????在将图片资源放入项目中之前，可以使用图像编辑工具或在线工具对图片进行压缩，减少图片文件的大小。

6.4.3、使用BitmapFactory进行缩放和采样

????????在加载图片时，可以使用BitmapFactory的decodeFile()或decodeResource()方法进行缩放和采样，以适应不同屏幕尺寸和分辨率。

BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();  
options.inSampleSize = 8; // 采样率可以根据需要进行调整  
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(filePath, options);

6.4.4、使用Glide或Picasso等第三方库

????????Glide和Picasso是两个流行的图片加载库，它们提供了丰富的配置选项，可以帮助开发者轻松地加载、缓存和显示图片。这些库还支持多种图片格式、压缩和占位符等功能。

// 使用Glide加载并自动缩放图片
Glide.with(context)
     .load(urlOrResource) // 图片源
     .override(Target.SIZE_ORIGINAL, Target.SIZE_ORIGINAL) // 允许Glide自动调整大小
     .fitCenter() // 保持图片比例并居中显示
     .into(imageView); // 设置目标ImageView

// 或者指定最大宽度或高度
Glide.with(context)
     .load(urlOrResource)
     .apply(RequestOptions().override(maxWidth, maxHeight))
     .into(imageView);

6.4.5、及时回收不再使用的Bitmap对象

在使用Bitmap对象时，确保在不再需要它时调用recycle()方法，以释放内存。

if (bitmap != null && !bitmap.isRecycled()) { ?
????bitmap.recycle(); ?
}

6.4.6、使用适当的缓存策略

????????合理使用缓存策略可以避免重复加载相同的图片资源，提高应用程序的加载速度。可以使用第三方库提供的缓存机制，如Glide的内存缓存和磁盘缓存。

6.4.7、使用Vector Drawable代替PNG或JPEG?

????????Vector Drawable是Android支持的可伸缩矢量图形，它可以在不同分辨率的设备上显示清晰且不失真的图像。相比于PNG或JPEG，Vector Drawable可以减少应用程序的大小和内存占用。

6.4.8、使用适当的资源目录结构

????????将不同分辨率的图片资源放在相应的资源目录下（如drawable-ldpi、drawable-mdpi、drawable-hdpi等），以便系统根据设备屏幕分辨率加载适当的资源。

6.5、及时恢复

????????在应用被回收后，开发者应确保应用能够快速恢复并响应用户输入。这可以通过保存用户状态、使用Fragment代替Activity等方式实现。

????????由于强制关闭应用的时候，不会执行生命周期方法，可以考虑在onStop，onPause，onSaveInstanceState(Bundle outState)中存储界面用户数据，这些方法在应用转向后台的时候就执行，然后在onCreate的时候将相关数据取出来，呈现在界面上。

6.6、使用 Android Studio 分析工具

????????使用 Android Studio 的内存分析工具（如 Memory Profiler）来检测和解决内存问题。

七、总结

????????Android系统的强制回收机制在内存管理上扮演着至关重要的角色，虽然在一定程度上影响了应用的性能和用户体验，但通过合理的开发和优化，开发者可以有效地降低其影响。了解和利用这一机制，可以帮助开发者构建更加流畅、高效的应用程序。在未来的安卓应用开发中，对于内存管理的重视程度只会增加不会减少。因此，掌握并运用好强制回收机制的相关知识，将为开发者在优化应用性能、提升用户体验方面提供有力的支持。