前言

在 Android 系统中有个垃圾内存回收机制，在虚拟机层自动分配和释放内存，因此不需要在代码中分配和释放某一块内存，从应用层面上不容易出现内存泄漏和内存溢出等问题，但是需要内存管理。Android 系统在内存管理上有一个 Generational Heap Memory 模型，内存回收的大部分压力不需要应用层关心， Generational Heap Memory 有自己一套管理机制，当内存达到一个阈值时，系统会根据不同的规则自动释放系统认为可以释放的内存，也正是因为 Android 程序把内存控制的权力交给了 Generational Heap Memory，一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，排查错误将会成为一项异常艰难的工作。除此之外，部分 Android 应用开发人员在开发过程中并没有特别关注内存的合理使用，也没有在内存方面做太多的优化，当应用程序同时运行越来越多的任务，加上越来越复杂的业务需求时，完全依赖 Android 的内存管理机制就会导致一系列性能问题逐渐呈现，对应用的稳定性和性能带来不可忽视的影响，因此，解决内存问题和合理优化内存是非常有必要的。

内存简介

内存一般又称 RAM（Random access memory），在任何软件开发环境中都是一个很宝贵的资源。这一点在物理内存通常很有限的移动操作系统上，显得尤为突出。尽管Android的Dalvik虚拟机扮演了常规的垃圾回收的角色，但这并不意味着你可以忽视app的内存分配与释放的时机与地点。

JAVA中内存的分布如下：

  • 寄存器（Registers）：速度最快的存储场所，因为寄存器位于处理器内部，我们在程序中无法控制
  • 栈（Stack）：存放基本类型的数据和对象的引用，但对象本身不存放在栈中，而是存放在堆中
  • 堆（Heap）：堆内存用来存放由new创建的对象和数组。在堆中分配的内存，由Java虚拟机的自动垃圾回收器（GC）来管理。
  • 静态域（static field）：  静态存储区域就是指在固定的位置存放应用程序运行时一直存在的数据，Java在内存中专门划分了一个静态存储区域来管理一些特殊的数据变量如静态的数据变量
  • 常量池（constant pool）：虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池。常量池就是该类型所用到常量的一个有序集和，包括直接常量（string,integer和floating point常量）和对其他类型，字段和方法的符号引用。
  • 非RAM存储：硬盘等永久存储空间

Android内存管理机制

Android 应用都是在 Android 的虚拟机上运行，应用 程序的内存分配与垃圾回收都是由虚拟机完成的。在 Android 系统，虚拟机有两种运行模式：Dalvik 和 ART。

1. Java对象生命周期

android 优化cpu和内存_Android

一般Java对象在虚拟机上有7个运行阶段：
创建阶段->应用阶段->不可见阶段->不可达阶段->收集阶段->终结阶段->对象空间重新分配阶段

2.内存分配

在 Android 系统中，内存分配实际上是对堆的分配和释放。当一个 Android 程序启动，应用进程都是从一个叫做 Zygote 的进程衍生出来，系统启动 Zygote 进程后，为了启动一个新的应用程序进程，系统会衍生 Zygote 进程生成一个新的进程，然后在新的进程中加载并运行应用程序的代码。其中，大多数的 RAM pages 被用来分配给Framework 代码，同时促使 RAM 资源能够在应用所有进程之间共享。

但是为了整个系统的内存控制需要，Android 系统会为每一个应用程序都设置一个硬性的 Dalvik Heap Size 最大限制阈值，整个阈值在不同设备上会因为 RAM 大小不同而有所差异。如果应用占用内存空间已经接近整个阈值时，再尝试分配内存的话，就很容易引起内存溢出（OOM）的错误。

3. 内存回收机制
我们需要知道的是，在 Java 中内存被分为三个区域：Young Generation(年轻代)、Old Generation(年老代)、Permanent Generation(持久代)。最近分配的对象会存放在 Young Generation 区域。对象在某个时机触发 GC 回收垃圾，而没有回收的就根据不同规则，有可能被移动到 Old Generation，最后累积一定时间在移动到 Permanent Generation 区域。系统会根据内存中不同的内存数据类型分别执行不同的 GC 操作。GC 通过确定对象是否被活动对象引用来确定是否收集对象，进而动态回收无任何引用的对象占据的内存空间。但需要注意的是频繁的 GC 会增加应用的卡顿情况，影响应用的流畅性，因此需要尽量减少系统 GC 行为，以便提高应用的流畅度，减小卡顿发生的概率。

内存分析工具

做内存优化前，需要了解当前应用的内存使用现状，通过现状去分析哪些数据类型有问题，各种类型的分布情况如何，以及在发现问题后如何发现是哪些具体对象导致的，这就需要相关工具来帮助我们。

1. Memory Monitor

Android Studio中的Memory Monitor 是一款使用非常简单的图形化工具，可以很好地监控系统或应用的内存使用情况，主要有以下功能：

  • 显示可用和已用内存，并且以时间为维度实时反应内存分配和回收情况。
  • 快速判断应用程序的运行缓慢是否由于过度的内存回收导致。
  • 快速判断应用是否由于内存不足导致程序崩溃。

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2. Heap Viewer

Heap Viewer 的主要功能是查看不同数据类型在内存中的使用情况，可以看到当前进程中的 Heap Size 的情况，分别有哪些类型的数据，以及各种类型数据占比情况。通过分析这些数据来找到大的内存对象，再进一步分析这些大对象，进而通过优化减少内存开销，也可以通过数据的变化发现内存泄漏。

3. Allocation Tracker

Memory Monitor 和 Heap Viewer 都可以很直观且实时地监控内存使用情况，还能发现内存问题，但发现内存问题后不能再进一步找到原因，或者发现一块异常内存，但不能区别是否正常，同时在发现问题后，也不能定位到具体的类和方法。这时就需要使用另一个内存分析工具 Allocation Tracker，进行更详细的分析， Allocation Tracker 可以分配跟踪记录应用程序的内存分配，并列出了它们的调用堆栈，可以查看所有对象内存分配的周期。

4，Memory Analyzer Tool(MAT)

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。

详细请看 OOM 分析