Android学习之 内存管理机制与应用内存优化

       Random Access Memory(RAM)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。于大多数apps来说，Dalvik的GC会自动把离开活动线程的对象进行回收。

一、Android系统是如何管理内存的
    Android并没有提供内存的交换区(Swap space)，但是它有使用paging（内存分页）与memory-mapping(mmapping)的机制来管理内存。这意味着任何你修改的内存(无论是通过分配新的对象还是访问到mmaped pages的内容)都会贮存在RAM中，而且不能被paged out。因此唯一完整释放内存的方法是释放那些你可能hold住的对象的引用，这样使得它能够被GC回收。只有一种例外是：如果系统想要在其他地方reuse这个对象。

1> 内存共享
   Android通过下面几个方式在不同的Process中来共享RAM:
   1.每一个app的process都是从同一个被叫做Zygote的进程中fork出来的。Zygote进程在系统启动并且载入通用的framework的代码与资源之后开始启动。为了启动一个新的程序进程，系统会fork Zygote进程生成一个新的process，然后在新的process中加载并运行app的代码。这使得大多数的RAM pages被用来分配给framework的代码与资源，并在应用的所有进程中进行共享。
   2.大多数static的数据被mmapped到一个进程中。这不仅仅使得同样的数据能够在进程间进行共享，而且使得它能够在需要的时候被paged out。例如下面几种static的数据:
     ① Dalvik code (by placing it in a pre-linked .odex file for direct mmapping
     ② App resources (by designing the resource table to be a structure that can be mmapped and by aligning the zip entries of the APK)
     ③ Traditional project elements like native code in .so files.
   3.在许多地方，Android通过显式的分配共享内存区域(例如ashmem或者gralloc)来实现一些动态RAM区域的能够在不同进程间的共享。例如，window surfaces在app与screen compositor之间使用共享的内存，cursor buffers在content provider与client之间使用共享的内存。

2> 分配与回收内存
   这里有下面几点关于Android如何分配与回收内存的事实：
   1.每一个进程的Dalvik heap都有一个限制的虚拟内存范围。这就是逻辑上讲的heap size，它可以随着需要进行增长，但是会有一个系统为它所定义的上限。
   2.逻辑上讲的heap size和实际物理上使用的内存数量是不等的，Android会计算一个叫做Proportional Set Size(PSS)的值，它记录了那些和其他进程进行共享的内存大小。（假设共享内存大小是10M，一共有20个Process在共享使用，根据权重，可能认为其中有0.3M才能真正算是你的进程所使用的）
   3.Dalvik heap与逻辑上的heap size不吻合，这意味着Android并不会去做heap中的碎片整理用来关闭空闲区域。Android仅仅会在heap的尾端出现不使用的空间时才会做收缩逻辑heap size大小的动作。但是这并不是意味着被heap所使用的物理内存大小不能被收缩。在垃圾回收之后，Dalvik会遍历heap并找出不使用的pages，然后使用madvise把那些pages返回给kernal。因此，成对的allocations与deallocations大块的数据可以使得物理内存能够被正常的回收。然而，回收碎片化的内存则会使得效率低下很多，因为那些碎片化的分配页面也许会被其他地方所共享到。

3> 限制应用的内存
   为了维持多任务的功能环境，Android为每一个app都设置了一个硬性的heap size限制。准确的heap size限制随着不同设备的不同RAM大小而各有差异。如果你的app已经到了heap的限制大小并且再尝试分配内存的话，会引起OutOfMemoryError的错误。

在一些情况下，你也许想要查询当前设备的heap size限制大小是多少，然后决定cache的大小。可以通过getMemoryClass()来查询。这个方法会返回一个整数，表明你的app heap size限制是多少megabates。

4> 切换应用
   Android并不会在用户切换不同应用时候做交换内存的操作。Android会把那些不包含foreground组件的进程放到LRU cache中。例如，当用户刚开始启动了一个应用，这个时候为它创建了一个进程，但是当用户离开这个应用，这个进程并没有离开。系统会把这个进程放到cache中，如果用户后来回到这个应用，这个进程能够被resued，从而实现app的快速切换。

如果你的应用有一个当前并不需要使用到的被缓存的进程，它被保留在内存中，这会对系统的整个性能有影响。因此当系统开始进入低内存状态时，它会由系统根据LRU的规则与其他因素选择杀掉某些进程。

二、该如何管理/优化你的应用内存
   你应该在开发过程的每一个阶段都考虑到RAM的有限性，甚至包括在开发开始之前的设计阶段。有许多种设计与实现方式，他们有着不同的效率，尽管是对同样一种技术的不断组合与演变。

为了使得你的应用效率更高，你应该在设计与实现代码时，遵循下面的技术要点：
1、珍惜Services资源
   如果你的app需要在后台使用service，除非它被触发执行一个任务，否则其他时候都应该是非运行状态。同样需要注意当这个service已经完成任务后停止service失败引起的泄漏。

当你启动一个service，系统会倾向为了这个Service而一直保留它的Process。这使得process的运行代价很高，因为系统没有办法把Service所占用的RAM让给其他组件或者被Paged out。这减少了系统能够存放到LRU缓存当中的process数量，它会影响app之间的切换效率。它甚至会导致系统内存使用不稳定，从而无法继续Hold住 所有目前正在运行的Service。

限制你的service的最好办法是使用IntentService, 它会在处理完扔给它的intent任务之后尽快结束自己。

2、当你的应用UI隐藏时 释放内存 
   当用户切换到其它app并且你的app UI不再可见时，你应该释放应用视图所占的资源。在这个时候释放UI资源可以显著的增加系统cached process的能力，它会对用户的质量体验有着直接的影响。

为了能够接收到用户离开你的UI时的通知，你需要实现Activtiy类里面的onTrimMemory()回调方法。你应该使用这个方法来监听到TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN级别, 它意味着你的UI已经隐藏，你应该释放那些仅仅被你的UI使用的资源。

请注意：你的app仅仅会在所有UI组件的被隐藏的时候接收到onTrimMemory()的回调并带有参数TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN。这与onStop()的回调是不同的，onStop会在activity的实例隐藏时会执行，例如当用户从你的app的某个activity跳转到另外一个activity时onStop会被执行。因此你应该实现onStop回调，所以说你虽然实现了onStop()去释放 activity 的资源例如网络连接或者未注册的广播接收者, 但是应该直到你收到 onTrimMemory(TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN)才去释放视图资源否则不应该释放视图所占用的资源。这确保了用户从其他activity切回来时，你的UI资源仍然可用，并且可以迅速恢复activity。

3、当内存紧张时 释放部分内存 
   在你的app生命周期的任何阶段，onTrimMemory回调方法同样可以告诉你整个设备的内存资源已经开始紧张。你应该根据onTrimMemory方法中的内存级别来进一步决定释放哪些资源。

   ① TRIM_MEMORY_RUNNING_MODERATE:你的app正在运行并且不会被列为可杀死的。但是设备正运行于低内存状态下，系统开始激活杀死LRU Cache中的Process的机制。
   ② TRIM_MEMORY_RUNNING_LOW:你的app正在运行且没有被列为可杀死的。但是设备正运行于更低内存的状态下，你应该释放不用的资源用来提升系统性能，这会直接影响了你的app的性能。
   ③ TRIM_MEMORY_RUNNING_CRITICAL:你的app仍在运行，但是系统已经把LRU Cache中的大多数进程都已经杀死，因此你应该立即释放所有非必须的资源。如果系统不能回收到足够的RAM数量，系统将会清除所有的LRU缓存中的进程，并且开始杀死那些之前被认为不应该杀死的进程，例如那个进程包含了一个运行中的Service。

同样，当你的app进程正在被cached时，你可能会接受到从onTrimMemory()中返回的下面的值之一:
   ① TRIM_MEMORY_BACKGROUND: 系统正运行于低内存状态并且你的进程正处于LRU缓存名单中最不容易杀掉的位置。尽管你的app进程并不是处于被杀掉的高危险状态，系统可能已经开始杀掉LRU缓存中的其他进程了。你应该释放那些容易恢复的资源，以便于你的进程可以保留下来，这样当用户回退到你的app的时候才能够迅速恢复。
   ② TRIM_MEMORY_MODERATE: 系统正运行于低内存状态并且你的进程已经已经接近LRU名单的中部位置。如果系统开始变得更加内存紧张，你的进程是有可能被杀死的。
   ③ TRIM_MEMORY_COMPLETE: 系统正运行与低内存的状态并且你的进程正处于LRU名单中最容易被杀掉的位置。你应该释放任何不影响你的app恢复状态的资源。

因为onTrimMemory()的回调是在API 14才被加进来的，对于老的版本，你可以使用onLowMemory)回调来进行兼容。onLowMemory相当与TRIM_MEMORY_COMPLETE。

Note: 当系统开始清除LRU缓存中的进程时，尽管它首先按照LRU的顺序来操作，但是它同样会考虑进程的内存使用量。因此消耗越少的进程则越容易被留下来。

4、检查你应该使用多少内存
   通过调用getMemoryClass()来获取你的app的可用heap大小。
   在一些特殊的情景下，你可以通过在manifest的application标签下添加largeHeap=true的属性来声明一个更大的heap空间。如果你这样做，你可以通过getLargeMemoryClass())来获取到一个更大的heap size。

然而，能够获取更大heap的设计本意是为了一小部分会消耗大量RAM的应用(例如一个大图片的编辑应用)。不要轻易的因为你需要使用大量的内存而去请求一个大的heap size。只有当你清楚的知道哪里会使用大量的内存并且为什么这些内存必须被保留时才去使用large heap. 因此请尽量少使用large heap。使用额外的内存会影响系统整体的用户体验，并且会使得GC的每次运行时间更长。在任务切换时，系统的性能会变得大打折扣。

5、避免Bitmap的浪费
   当你加载一个bitmap时，仅仅需要保留适配当前屏幕设备分辨率的数据即可，如果原图高于你的设备分辨率，需要做缩小的动作。请记住，增加bitmap的尺寸会对内存呈现出2次方的增加，因为X与Y都在增加。
   使用完Bitmap后 确定不会再使用 则需要注意Bitmap的内存回收（recycle()）处理。

6、使用优化的数据容器
   利用Android Framework里面优化过的容器类，例如SparseArray,SparseBooleanArray, 与LongSparseArray. 通常的HashMap的实现方式更加消耗内存，因为它需要一个额外的实例对象来记录Mapping操作。另外，SparseArray更加高效在于他们避免了对key与value的autobox自动装箱，并且避免了装箱后的解箱。

7、请注意内存开销（资源的开启关闭 如数据库查询过程游标的关闭、IO流的关闭、线程池的使用）

8、请注意代码编写优化 （Java代码的性能优化）

9、为序列化的数据使用nano protobufs  【小吕 暂未接触过这点,】

10、Avoid dependency injection frameworks
   使用类似Guice或者RoboGuice等framework injection包是很有效的，因为他们能够简化你的代码。然而，那些框架会通过扫描你的代码执行许多初始化的操作，这会导致你的代码需要大量的RAM来map代码。但是mapped pages会长时间的被保留在RAM中。

11、谨慎使用external libraries
   很多External library的代码都不是为移动网络环境而编写的，在移动客户端则显示的效率不高。至少，当你决定使用一个external library的时候，你应该针对移动网络做繁琐的porting与maintenance的工作。

12、优化整体性能
   官方有列出许多优化整个app性能的文章：Best Practices for Performance. 这篇文章就是其中之一。有些文章是讲解如何优化app的CPU使用效率，有些是如何优化app的内存使用效率。
其他 如 layout布局优化。同样还应该关注lint工具所提出的建议，进行优化。

13、使用ProGuard来剔除不需要的代码
   ProGuard能够通过移除不需要的代码，重命名类，域与方法等方对代码进行压缩,优化与混淆。使用ProGuard可以是的你的代码更加紧凑，这样能够使用更少mapped代码所需要的RAM。

14、对最终的APK使用zipalign
   在编写完所有代码，并通过编译系统生成APK之后，你需要使用zipalign对APK进行重新校准。如果你不做这个步骤，会导致你的APK需要更多的RAM，因为一些类似图片资源的东西不能被mapped。

15、分析你的RAM使用情况
   一旦你获取到一个相对稳定的版本后，需要分析你的app整个生命周期内使用的内存情况，并进行优化，更多细节请参考Investigating Your RAM Usage.

16、使用多进程（注意是多进程，别看成多线程了啊！！！）
   如果合适的话，有一个更高级的技术可以帮助你的app管理内存使用：通过把你的app组件切分成多个组件，运行在不同的进程中。这个技术必须谨慎使用，大多数app都不应该运行在多个进程中。因为如果使用不当，它会显著增加内存的使用，而不是减少。当你的app需要在后台运行与前台一样的大量的任务的时候，可以考虑使用这个技术。

一个典型的例子是创建一个可以长时间后台播放的Music Player。如果整个app运行在一个进程中，当后台播放的时候，前台的那些UI资源也没有办法得到释放。类似这样的app可以切分成2个进程：一个用来操作UI，另外一个用来后台的Service.

在各个应用的 manifest 文件中为各个组件申明 android:process 属性就可以分隔为不同的进程.例如你可以指定你一运行的服务从主进程中分隔成一个新的进程来并取名为"background"(当然名字可以任意取)
<service android:name=".PlaybackService"
         android:process=":background" />

进程名字必须以冒号开头":"以确保该进程属于你应用中的私有进程。

原文:  http://developer.android.com/training/articles/memory.html