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[操作系统]Android开发笔记常见BUG类型之内存泄露与线程安全


本文内容来源于最近一次内部分享的总结,没来得及详细整理,见谅。

本次分享主要对内存泄露线程安全这两个问题进行一些说明,内部代码扫描发现的BUG大致分为四类:1)空指针;2)除0;3)内存、资源泄露;4)线程安全。第一、二个问题属于编码考虑不周,第三、四个问题则需要更深入的分析。

  1. 内存泄露
  2. 线程安全

一、内存泄露

1、很抱歉,”XXX”已停止运行。OOM?

20160509-1

怎样才能让app报OOM呢?最简单的办法如下:

Bitmap bt1 = BitmapFactory.decodeResource(this.getResources(), R.drawable.image);Bitmap bt2 = BitmapFactory.decodeResource(this.getResources(), R.drawable.image);Bitmap btn = ...

 

2、查看内存占用

  • 命令行:adb shell dumpsys meminfo packageName

20160509-2

  • 通过Android Studio的Memory Monitor查看内存中Dalvik Heap的实时变化

20160507-2

 

3、发生内存泄露的条件

首先,每个app有最大内存限制。

ActivityManager activityManager = (ActivityManager) context.getSystemServiceContext.ACTIVITY_SERVICE);activityManager.getMemoryClass();

 
getMemoryClass()取到的是最大内存资源。Android中的堆内存分为Native Heap和Dalvik Heap。C/C++申请的内存空间在Native Heap中,Java申请的内存空间则在Dalvik Heap中。对于head堆的大小限制,可以查看/system/build.prop文件:
 
dalvik.vm.heapstartsize=8mdalvik.vm.heapgrowthlimit=96mdalvik.vm.heapsize=256m


注意:

heapsize参数表示单个进程heap可用的最大内存,但如果存在以下参数”dalvik.vm.headgrowthlimit =96m”表示单个进程heap内存被限定在96m,即程序运行过程实际只能使用96m内存。

如果申请的内存资源超过上述限制,系统就会抛出OOM错误。

 

4、常见避免OOM的措施

以下主要从四个方面总结常见的措施:1)减小对象的内存占用;2)内存对象的重复利用;3)避免对象的内存泄露;4)内存使用策略优化。

4.1 减小对象的内存占用

  • 使用ArrayMap/SparseArray而不是HashMap等传统数据结构。
    • 参考链接:Android内存优化(使用SparseArray和ArrayMap代替HashMap)
  • 在Android中避免使用枚举。
  • 减小Bitmap对象的内存占用。inSampleSize和decode format。

4.2 内存对象的重复利用

  • ListView/GridView等出现大量重复子组件的视图里面对ConvertView的复用
  • 使用LRU机制缓存Bitmap
  • 避免在onDraw方法里面执行对象的创建
  • 使用StringBuilder来替代频繁的”+”

4.3 避免对象的内存泄露

4.1和4.2都是比较常规的措施,4.3需要重点关注。

1)Activity泄露

导致Activity泄露的原因较多,下面列举一些比较常见的。从原理上主要分为两类:i)静态对象;ii)this$0

  • Activity被static变量引用。这段代码来自于我们的Crash上传
    private static Map<ComponentName, ExceptionHandler> configMap =             new HashMap<ComponentName, ExceptionHandler>();public static void setActivity(final Activity activity, boolean send2Server) {  Log.d(TAG, "bind exception handler : " + activity.getComponentName().getClassName());  //上下文初始化  SDKContext.init(activity.getApplication());  init(activity.getApplication());  ExceptionHandler exceptionHandler = new ExceptionHandler(            activity, send2Server, Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler());  configMap.put(activity.getComponentName(), exceptionHandler);  Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(exceptionHandler);}

下面是通过MAT分析一个Activity泄露的截图:
 20160512-1

  • 内部类引用导致Activity的泄漏
    最典型的场景是Handler导致的Activity泄漏,如果Handler中有延迟的任务或者是等待执行的任务队列过长,都有可能因为Handler继续执行而导致Activity发生泄漏。此时的引用关系链是Looper -> MessageQueue -> Message -> Handler -> Activity。为了解决这个问题,可以在UI退出之前,执行remove Handler消息队列中的消息与runnable对象。或者是使用Static + WeakReference的方式来达到断开Handler与Activity之间存在引用关系的目的。
    可参考链接:线程通信

2)考虑使用Application Context而不是Activity Context

对于大部分非必须使用Activity Context的情况(Dialog的Context就必须是Activity Context),我们都可以考虑使用Application Context而不是Activity的Context,这样可以避免不经意的Activity泄露。

3)注意临时Bitmap对象的及时回收

虽然在大多数情况下,我们会对Bitmap增加缓存机制,但是在某些时候,部分Bitmap是需要及时回收的。例如临时创建的某个相对比较大的bitmap对象,在经过变换得到新的bitmap对象之后,应该尽快回收原始的bitmap,这样能够更快释放原始bitmap所占用的空间。

4)内存占用监控
通过Runtime获取maxMemory,而maxMemory-totalMemory即为剩余可使用的dalvik内存。定期检查这个值,达到80%就去释放各种cache资源(bitmap的cache)。

/** * Returns the maximum number of bytes the heap can expand to. See {@link #totalMemory} for the * current number of bytes taken by the heap, and {@link #freeMemory} for the current number of * those bytes actually used by live objects. */int maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory()); // 应用程序最大可用内存/** * Returns the number of bytes taken by the heap at its current size. The heap may expand or * contract over time, as the number of live objects increases or decreases. See * {@link #maxMemory} for the maximum heap size, and {@link #freeMemory} for an idea of how much * the heap could currently contract. */long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory()); // 应用程序已获得内存/** * Returns the number of bytes currently available on the heap without expanding the heap. See * {@link #totalMemory} for the heap's current size. When these bytes are exhausted, the heap * may expand. See {@link #maxMemory} for that limit. */long freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory()); // 应用程序已获得内存中未使用内存


5)注意Cursor对象是否及时关闭

在程序中我们经常会进行查询数据库的操作,但时常会存在不小心使用Cursor之后没有及时关闭的情况。这些Cursor的泄露,反复多次出现的话会对内存管理产生很大的负面影响,我们需要谨记对Cursor对象的及时关闭。

4.4 内存使用策略优化

  • 谨慎使用large heap
  • 综合考虑设备内存阈值与其他因素设计合适的缓存大小
  • onLowMemory()/onTrimMemory(int)
  • 资源文件需要选择合适的文件夹进行存放
  • Try catch某些大内存分配的操作
  • 谨慎使用static对象
  • 优化布局层次,减少内存消耗
  • 谨慎使用多进程
  • 谨慎使用依赖注入框架
  • 使用ProGuard来剔除不需要的代码
  • 谨慎使用第三方libraries
  • 考虑不同的实现方式来优化内存占用

二、线程安全

1、下面的方法是线程安全的吗?

class MyCounter {  private static int counter = 0;  public static int getCount() {    return counter++;  }}


怎样使上述方法线程安全?
 

2、Java中的线程安全

怎样保持在多线程环境下的数据一致性,Java提供了多种方法实现:

  1. synchronized
  2. java.util.concurrent.atomic
  3. java.util.concurrent.locks
  4. thread safe collection(ConcurrentHashMap)
  5. volatile

2.1 synchronized

JVM保证被synchronized关键字修饰的代码段在同一时间只能被一个线程访问,内部通过对对象加锁来实现的。当方法被synchronized修饰时,锁加在对象上;当方法同时为static时,锁加在类上。从性能的角度来讲,一般不建议直接将锁加在类上,这样会使得类的所有对象的该方法均为synchronized的。

从之前扫描的问题来看,在编写synchronized程序时主要有两点需要注意:

  • synchronized需要创建基于对象或者类的锁,所以不能在构造器或者变量上加锁。
  • synchronized造成死锁。

1) 锁加在哪里?

List<ResultPoint> currentPossible = possibleResultPoints;List<ResultPoint> currentLast = lastPossibleResultPoints;int frameLeft = frame.left;int frameTop = frame.top;if (currentPossible.isEmpty()) {  lastPossibleResultPoints = null;} else {  possibleResultPoints = new ArrayList<>(5);  lastPossibleResultPoints = currentPossible;  paint.setAlpha(CURRENT_POINT_OPACITY);  paint.setColor(resultPointColor);  synchronized (currentPossible) {    for (ResultPoint point : currentPossible) {      canvas.drawCircle(frameLeft          + (int) (point.getX() * scaleX), frameTop          + (int) (point.getY() * scaleY), POINT_SIZE,          paint);    }  }}

上述方法中,possibleResultPoints的创建没有采用同步措施,需要使用Collections.synchronizedXxx

List<MyType> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(<MyType>));...synchronized(list){  for(MyType m : list){    foo(m);    m.doSomething();  }}


一般比较推荐创建一个虚拟的对象专门用于获取锁。
//dummy object variable for synchronizationprivate Object mutex=new Object();...//using synchronized block to read, increment and update count value synchronouslysynchronized (mutex) {    count++;}


PS:直接在方法上加synchronized可能DoS攻击喔,举个栗子:

public class MyObject {  // Locks on the object's monitor  public synchronized void doSomething() {   // ...  }}// 黑客的代码MyObject myObject = new MyObject();synchronized (myObject) {  while (true) {    // Indefinitely delay myObject    Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);   }}

黑客的代码获取了MyObject对象的锁,导致doSomething死锁,从而引发Denial of Service。

public class MyObject {  //locks on the class object's monitor  public static synchronized void doSomething() {   // ...  }}// 黑客的代码synchronized (MyObject.class) {  while (true) {    Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE); // Indefinitely delay MyObject  }}

2) 死锁。

public class ThreadDeadlock {  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    Object obj1 = new Object();    Object obj2 = new Object();    Object obj3 = new Object();    Thread t1 = new Thread(new SyncThread(obj1, obj2), "t1");    Thread t2 = new Thread(new SyncThread(obj2, obj3), "t2");    Thread t3 = new Thread(new SyncThread(obj3, obj1), "t3");    t1.start();    Thread.sleep(5000);    t2.start();    Thread.sleep(5000);    t3.start();  }}class SyncThread implements Runnable{  private Object obj1;  private Object obj2;  public SyncThread(Object o1, Object o2){    this.obj1=o1;    this.obj2=o2;  }  @Override  public void run() {    String name = Thread.currentThread().getName();    System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj1);    synchronized (obj1) {     System.out.println(name + " acquired lock on "+obj1);     work();     System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj2);     synchronized (obj2) {      System.out.println(name + " acquired lock on "+obj2);      work();    }     System.out.println(name + " released lock on "+obj2);    }    System.out.println(name + " released lock on "+obj1);    System.out.println(name + " finished execution.");  }  private void work() {    try {      Thread.sleep(30000);    } catch (InterruptedException e) {      e.printStackTrace();    }  }}

上述代码会输出什么呢?