android应用程序内存分析

原文地址：http://android-developers.blogspot.tw/2011/03/memory-analysis-for-android.html

Dalvik虚拟机运行时可以自动回收垃圾，但是开发者并不能因此忽略内存管理。在内存受限的移动设备上开发者尤其需要重视内存使用。本文将介绍一些android sdk中的内存分析工具，使用这些工具可以帮助开发者优化应用的内存使用。

有一些内存使用的问题很明显，比如，当用户每次触摸屏幕的时候应用都会泄漏内存(leak memory)，那么最终很可能会出现OutOfMemoryError导致应用崩溃。其它问题可能很微妙，可能只会降低应用和整个系统的运行性能，垃圾回收会更频繁更耗时。

Tools of the trade

android sdk为分析应用的内存使用主要提供了两种方式：DDMS中的内存分配跟踪器（Allocation Tracker）以及堆信息（heap dump）。如果开发者想知道在一段时间内有哪些内存被分配，那么Allocation Tracker会非常有用，但是它无法提供应用的全局堆信息。关于Allocation Tracker的详细信息可以参见这里。本文的重点将放在heap dump上面，它是一种更强大的内存分析工具。

heap dump文件是应用的堆信息镜像(snapshot)，它保存在hprof二进制格式的文件中。Dalvik虚拟机使用一种类似的格式，但是与Java中的hprof工具并不相同。有几种方式可以生成正在运行的android应用的heap dump文件。一种方式是使用DDMS中的Dump HPROF file按钮。如果你想让生成dump文件的时间更完美，你可以使用android.os.Debug.dumpHprofData()方法来编码实现生成heap dump文件。

要分析heap dump文件，开发者可以使用像jhat或者Eclipse Memory Analyzer (MAT)这样的标准工具。然而，开发者必须先将.hprof文件从dalvik格式转换为J2SE HPROF格式。使用android sdk中的hprof-conv工具可以实现，例如：

hprof-conv dump.hprof converted-dump.hprof

实例：调试内存泄漏

在dalvik虚拟机中，开发者并不用显式地分配(allocate)和（free）释放内存，所以不会像c和c++语言中明显的内存泄漏。“内存泄漏”指的是对不再继续使用的对象依然保持引用，有时候一个引用可以导致大量的对量无法被垃圾回收。
我们可以以android sdk中的Honeycomb Gallery sample app作为具体例子。这是一个简单的图片浏览应用，用来示范如何使用有些新的Honeycomb api。接下来我们会故意在该应用中加入内存泄漏以便演示如何调试。


假设我们想修改该应用实现从网络中下载图片。为了让应用更流畅，我们会实现一个缓存对象(cache)用来保存最近浏览过的图片。通过对ContentFragment.java作少许改动即可，我们为它添加一个静态变量：

private static HashMap<String,Bitmap> sBitmapCache = new HashMap<String,Bitmap>();

它用来缓存加载过的Bitmap。接下来我们修改updateContentAndRecycleBitmap()方法，在加载图片之前先检查缓存，在图片加载后将Bitmap添加到缓存。

void updateContentAndRecycleBitmap(int category, int position) {    if (mCurrentActionMode != null) {        mCurrentActionMode.finish();    }     // Get the bitmap that needs to be drawn and update the ImageView.     // Check if the Bitmap is already in the cache    String bitmapId = "" + category + "." + position;    mBitmap = sBitmapCache.get(bitmapId);     if (mBitmap == null) {        // It's not in the cache, so load the Bitmap and add it to the cache.        // DANGER! We add items to this cache without ever removing any.        mBitmap = Directory.getCategory(category).getEntry(position)                .getBitmap(getResources());        sBitmapCache.put(bitmapId, mBitmap);    }    ((ImageView) getView().findViewById(R.id.image)).setImageBitmap(mBitmap);}

这里我们故意泄漏了内存：我们添加Bitmap到缓存中却从不删除。在实际应用中，我们需要想办法限制缓存的大小。

在DDMS中检测内存使用情况

Dalvik Debug Monitor Server(DDMS) 是主要的android 调试工具之一，它是ADT Eclipse 插件的一部分，也可以在android sdk的 tools/目录下找到它。关于DDMS，更详细的信息可以参见Using DDMS。

接下来我们开始使用DDMS来检查该应用的内存使用情况。开发者可以用下面其中一种方法启动DDMS：

• 从Eclipse:点击Window > Open Perspective > Other... > DDMS
• 从命令行：在tools/目录下执行ddms(Mac/Linux中./ddms)

选择左边面板中的进程com.example.android.hcgallery，然后点击工具栏中的"Show heap updates"按钮。然后切换到DDMS中的VM Heap标签页，这里会显示我们应用内存使用的一些基本数据，在每次GC后更新。要首次看到更新，需要点击"Cause GC"按钮。

我们可以看到live set (Allocated列)略大于8M。在应用中切换图片，可以看到数字上升。因为该应用中只有13张图片，所以泄漏的内存是有界限的。有时候，这是最糟糕的一种泄漏，因为我们无法看到OutOfMemoryError，从而意识到内存泄漏。

生成heap dump文件

接下来我们使用heap dump文件来追踪问题。点击DDMS工具栏中的Dump HPROF file按钮，选择你想保存文件的位置，然后运行hprof-conv。在这个实例中，我使用的是单独的MAT（版本1.0.1），可以从这里下载。
如果你正在运行ADT，并且Ecplise中安装有MAT，点击"dump HPROF"按钮将会自动完成格式转换（使用hprof-conv）并且在Eclipse中打开转换后的hprof文件（用MAT打开）。

用MAT分析heap dump文件

打开MAT并且加载已经转换后的HPROF文件。MAT是一个很强大的工具，介绍它的所有功能超出了这边文章的范畴，在这里我只介绍一种可以检测内存泄漏的方式：Histogram视图。Histogram视图会列出所有的分组（class），可以按照实例数量、shallow heap(所有实例占用的总内存)、retained heap（所有实例持有的总内存，包括它们引用的对象）。

如果我们按照shallow heap排序，可以看到byte[]的实例在最上面。因为在android 3.0中，Bitmap对象的像素值是用byte数组来保存（之前它们并不保存在dalvik heap中），看一下这些对象的数量，我们可以确定这就是我们泄漏了的bitmap的内存。
右击byte[]组并且选择List Objects > with incoming references。这样内存中的所有byte数组都会列出，我们可以通过shallow heap来排序。
选取一个较大的对象并且展开它，可以看到从root set到对象的完整路径--对象的每一级引用。我们的bitmap缓存就在里面。

MAT无法确定地告诉我们这是内存泄漏，因为它也不知到这些对象是否需要--只有开发者自己知道这些。在这种情况下，缓存占用了大量的内存，所以我们应该考虑限制缓存的大小。

使用MAT比较heap dump文件

在调试内存泄漏时，有时比较两个不同时间点的heap dump文件非常有用。首先你得生成两个hprof文件（不要忘记用hprof-conv工具转换）。
下面是如何在MAT中比较两个heap dump文件：

1. 打开第一个hprof文件(File > Open Heap Dump)
2. 打开Histogram视图
3. 在Navigation History视图（如何不可见则点击Windw > Navigation History）中，在histogram上右击并选择Add to Compare Basket
4. 打开第二个hprof文件并且重复步骤2和3
5. 转到Compare Basket视图，点击Compare the Results（视图右上角的红色"!"图标）
   

总结

在这边文章中，我展示了如何使用Allocation Tracker和heap dump文件来查看应用的内存使用情况，也展示了如何使用MAT来追踪应用中的内存泄漏。MAT是一个强大的工具，我只是讲了一点皮毛，如果你向学习更多，建议阅读相关的文章：

• Memory Analyzer News: MAT项目的官方博客
  
• Markus Kohler的java性能优化博客有很多有用的文章，包括 Analysing the Memory Usage of Android Applications with the Eclipse Memory Analyzer a以及10 Useful Tips for the Eclipse Memory Analyzer.