java笔记深解-内存机制

Java内存机制：

  

寄存器：我们在程序中无法控制。

栈：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，而是存放中。

堆：存放用new产生的数据。

静态域：存放在对象中用static定义的静态成员。

常量池：存放常量。

1. 栈的基本单位是帧（或栈帧）：每当一个Java线程运行的时候，Java虚拟机会为该线程分配一个Java栈。该线程在执行某个Java方法的时候，向Java栈压入一个帧，这个帧用于存储参数、局部变量、操作数、中间运算结果等。当这个方法执行完的时候，帧会从栈中弹出。Java栈上的所有数据是私有的，其他线程都不能访问该线程的栈数据。在函数中定义的一些基本类型的变量数据和对象的。JAVA为为栈分配内存，当变量退出作用域，释放内存。

 

2.堆 Java虚拟机中的堆用来存放由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机制来管理堆的内存。简单的说和栈相对，堆主要是用来存放Java对象的，栈主要是用来存放对象引用的。在堆中产生了一个数组或对象后，还可以在栈中定义一个特殊的变量，让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址，栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称，以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称。

 

引用变量是普通的变量，定义时在栈中分配，引用变量在程序运行到其作用域之外后被释放。而数组和对象本身在堆中分配，即使程序运行到使用new产生数组或者对象的语句所在的代码块之外，数组和对象本身占据的内存不会被释放，数组和对象在没有引用变量指向它的时候，才变为垃圾，不能再被使用，但仍然占据内存空间不放，在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器收走（释放掉）。这也是Java比较占内存的原因。实际上，栈中的变量指向堆内存中的变量，这就是Java中的指针！

 

 

java的堆是一个运行时数据区，类的对象从中分配空间。这些对象通过new + 构造器等指令建立，它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的，堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。

 

3.栈的优势是存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量数据（int，short，long，byte，float，double，boolean，char）和对象引用。

栈有一个很重要的特殊性，就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义：int a=3；int b=3；编译器先处理int a = 3；首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找栈中是否有3这个值，如果没找到，就将3存放进来，然后将a指向3，接着处理int b = 3；在创建完b的引用变量后，因为在栈中已经有3这个值，便将b直接指向3这样，就出现了a与b同时均指向3的情况。这时，如果再令a=4；那么编译器会重新搜索栈中是否有4值，如果没有，则将4存放进来，并令a指向4；如果已经有了，则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。

 

注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的，因为这种情况a的修改并不会影响到b，它是由编译器完成的，它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态，会影响到另一个对象引用变量。

4.一、 Android的内存机制

    Android的程序由Java语言编写，所以Android的内存管理与Java的内存管理相似。程序员通过new为对象分配内存，所有对象在java堆内分配空间；然而对象的释放是由垃圾回收器来完成的。C／C++中的内存机制是“谁污染，谁治理”，java的就比较人性化了，给我们请了一个专门的清洁工（GC）。

    那么GC怎么能够确认某一个对象是不是已经被废弃了呢？Java采用了有向图的原理。Java将引用关系考虑为图的有向边，有向边从引用者指向引用对象。线程对象可以作为有向图的起始顶点，该图就是从起始顶点开始的一棵树，根顶点可以到达的对象都是有效对象，GC不会回收这些对象。如果某个对象 (连通子图)与这个根顶点不可达(注意，该图为有向图)，那么我们认为这个(这些)对象不再被引用，可以被GC回收。

二、Android的内存溢出

    Android的内存溢出是如何发生的?

    Android的虚拟机是基于寄存器的Dalvik，它的最大堆大小一般是16M，有的机器为24M。因此我们所能利用的内存空间是有限的。如果我们的内存占用超过了一定的水平就会出现OutOfMemory的错误。

为什么会出现内存不够用的情况呢？我想原因主要有两个：

· 由于我们程序的失误，长期保持某些资源（如Context）的引用，造成内存泄露，资源造成得不到释放。

· 保存了多个耗用内存过大的对象（如Bitmap），造成内存超出限制。

三、万恶的static

    static是Java中的一个关键字，当用它来修饰成员变量时，那么该变量就属于该类，而不是该类的实例。所以用static修饰的变量，它的生命周期是很长的，如果用它来引用一些资源耗费过多的实例（Context的情况最多），这时就要谨慎对待了。

[html] view plaincopy

1. public class ClassName {    
2.      private static Context mContext;    
3.      //省略    
4. }    

以上的代码是很危险的，如果将Activity赋值到么mContext的话。那么即使该Activity已经onDestroy，但是由于仍有对象保存它的引用，因此该Activity依然不会被释放。

    我们举Android文档中的一个例子。

[html] view plaincopy

1. private static Drawable sBackground;    
2.        
3.  @Override    
4.  protected void onCreate(Bundle state) {    
5.    super.onCreate(state);    
6.        
7.    TextView label = new TextView(this);    
8.    label.setText("Leaks are bad");    
9.        
10.    if (sBackground == null) {    
11.      sBackground = getDrawable(R.drawable.large_bitmap);    
12.    }    
13.    label.setBackgroundDrawable(sBackground);    
14.        
15.    setContentView(label);    
16.  }    

    sBackground, 是一个静态的变量，但是我们发现，我们并没有显式的保存Contex的引用，但是，当Drawable与View连接之后，Drawable就将View设置为一个回调，由于View中是包含Context的引用的，所以，实际上我们依然保存了Context的引用。这个引用链如下：

    Drawable->TextView->Context

    所以，最终该Context也没有得到释放，发生了内存泄露。

    如何才能有效的避免这种引用的发生呢？

    第一，应该尽量避免static成员变量引用资源耗费过多的实例，比如Context。

    第二、Context尽量使用Application Context，因为Application的Context的生命周期比较长，引用它不会出现内存泄露的问题。

    第三、使用WeakReference代替强引用。比如可以使用WeakReference<Context> mContextRef;

    该部分的详细内容也可以参考Android文档中Article部分。

四、都是线程惹的祸

    线程也是造成内存泄露的一个重要的源头。线程产生内存泄露的主要原因在于线程生命周期的不可控。我们来考虑下面一段代码。

[html] view plaincopy

1. public class MyActivity extends Activity {    
2.     @Override    
3.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    
4.         super.onCreate(savedInstanceState);    
5.         setContentView(R.layout.main);    
6.         new MyThread().start();    
7.     }    
8.     
9.     private class MyThread extends Thread{    
10.         @Override    
11.         public void run() {    
12.             super.run();    
13.             //do somthing    
14.         }    
15.     }    
16. }    

    这段代码很平常也很简单，是我们经常使用的形式。我们思考一个问题：假设MyThread的run函数是一个很费时的操作，当我们开启该线程后，将设备的横屏变为了竖屏，一般情况下当屏幕转换时会重新创建Activity，按照我们的想法，老的Activity应该会被销毁才对，然而事实上并非如此。

    由于我们的线程是Activity的内部类，所以MyThread中保存了Activity的一个引用，当MyThread的run函数没有结束时，MyThread是不会被销毁的，因此它所引用的老的Activity也不会被销毁，因此就出现了内存泄露的问题。

 

    有些人喜欢用Android提供的AsyncTask，但事实上AsyncTask的问题更加严重，Thread只有在run函数不结束时才出现这种内存泄露问题，然而AsyncTask内部的实现机制是运用了ThreadPoolExcutor,该类产生的Thread对象的生命周期是不确定的，是应用程序无法控制的，因此如果AsyncTask作为Activity的内部类，就更容易出现内存泄露的问题。

    这种线程导致的内存泄露问题应该如何解决呢？

    第一、将线程的内部类，改为静态内部类。

    第二、在线程内部采用弱引用保存Context引用。

    解决的模型如下：

[html] view plaincopy

1. public abstract class WeakAsyncTask<Params, Progress, Result, WeakTarget> extends    
2.         AsyncTask<Params, Progress, Result> {    
3.     protected WeakReference<WeakTarget> mTarget;    
4.     
5.     public WeakAsyncTask(WeakTarget target) {    
6.         mTarget = new WeakReference<WeakTarget>(target);    
7.     }    
8.     
9.     /** {@inheritDoc} */    
10.     @Override    
11.     protected final void onPreExecute() {    
12.         final WeakTarget target = mTarget.get();    
13.         if (target != null) {    
14.             this.onPreExecute(target);    
15.         }    
16.     }    
17.     
18.     /** {@inheritDoc} */    
19.     @Override    
20.     protected final Result doInBackground(Params... params) {    
21.         final WeakTarget target = mTarget.get();    
22.         if (target != null) {    
23.             return this.doInBackground(target, params);    
24.         } else {    
25.             return null;    
26.         }    
27.     }    
28.     
29.     /** {@inheritDoc} */    
30.     @Override    
31.     protected final void onPostExecute(Result result) {    
32.         final WeakTarget target = mTarget.get();    
33.         if (target != null) {    
34.             this.onPostExecute(target, result);    
35.         }    
36.     }    
37.     
38.     protected void onPreExecute(WeakTarget target) {    
39.         // No default action    
40.     }    
41.     
42.     protected abstract Result doInBackground(WeakTarget target, Params... params);    
43.     
44.     protected void onPostExecute(WeakTarget target, Result result) {    
45.         // No default action    
46.     }    
47. }    

    事实上，线程的问题并不仅仅在于内存泄露，还会带来一些灾难性的问题。由于本文讨论的是内存问题，所以在此不做讨论。

五、超级大胖子Bitmap

    可以说出现OutOfMemory问题的绝大多数人，都是因为Bitmap的问题。因为Bitmap占用的内存实在是太多了，它是一个“超级大胖子”，特别是分辨率大的图片，如果要显示多张那问题就更显著了。

    如何解决Bitmap带给我们的内存问题？

    第一、及时的销毁。

    虽然，系统能够确认Bitmap分配的内存最终会被销毁，但是由于它占用的内存过多，所以很可能会超过java堆的限制。因此，在用完Bitmap时，要及时的recycle掉。recycle并不能确定立即就会将Bitmap释放掉，但是会给虚拟机一个暗示：“该图片可以释放了”。

    第二、设置一定的采样率。

    有时候，我们要显示的区域很小，没有必要将整个图片都加载出来，而只需要记载一个缩小过的图片，这时候可以设置一定的采样率，那么就可以大大减小占用的内存。如下面的代码：

[html] view plaincopy

1. private ImageView preview;    
2.  BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();    
3.  options.inSampleSize = 2;//图片宽高都为原来的二分之一，即图片为原来的四分之一    
4.  Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(cr.openInputStream(uri), null, options);    
5. preview.setImageBitmap(bitmap);  

    第三、巧妙的运用软引用（SoftRefrence）

    有些时候，我们使用Bitmap后没有保留对它的引用，因此就无法调用Recycle函数。这时候巧妙的运用软引用，可以使Bitmap在内存快不足时得到有效的释放。如下例：

[html] view plaincopy

1. /**本例子为博主随手一写，来说明用法，并未验证*/    
2. private class MyAdapter extends BaseAdapter {    
3.     
4.     private ArrayList<SoftReference<Bitmap>> mBitmapRefs = new ArrayList<SoftReference<Bitmap>>();    
5.     private ArrayList<Value> mValues;    
6.     private Context mContext;    
7.     private LayoutInflater mInflater;    
8.     
9.     MyAdapter(Context context, ArrayList<Value> values) {    
10.         mContext = context;    
11.         mValues = values;    
12.         mInflater = (LayoutInflater) context.getSystemService(Context.LAYOUT_INFLATER_SERVICE);    
13.     }    
14.     public int getCount() {    
15.         return mValues.size();    
16.     }    
17.     
18.     public Object getItem(int i) {    
19.         return mValues.get(i);    
20.     }    
21.     
22.     public long getItemId(int i) {    
23.         return i;    
24.     }    
25.     
26.     public View getView(int i, View view, ViewGroup viewGroup) {    
27.         View newView = null;    
28.         if(view != null) {    
29.             newView = view;    
30.         } else {    
31.             newView =(View)mInflater.inflate(R.layout.image_view, false);    
32.         }    
33.     
34.         Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(mValues.get(i).fileName);    
35.         mBitmapRefs.add(new SoftReference<Bitmap>(bitmap));     //此处加入ArrayList    
36.         ((ImageView)newView).setImageBitmap(bitmap);    
37.     
38.         return newView;    
39.     }    
40. }    

六、行踪诡异的Cursor

    Cursor是Android查询数据后得到的一个管理数据集合的类，正常情况下，如果查询得到的数据量较小时不会有内存问题，而且虚拟机能够保证Cusor最终会被释放掉。

    然而如果Cursor的数据量特表大，特别是如果里面有Blob信息时，应该保证Cursor占用的内存被及时的释放掉，而不是等待GC来处理。并且Android明显是倾向于编程者手动的将Cursor close掉，因为在源代码中我们发现，如果等到垃圾回收器来回收时，会给用户以错误提示。

    所以我们使用Cursor的方式一般如下：

[html] view plaincopy

1. Cursor cursor = null;    
2. try {    
3.     cursor = mContext.getContentResolver().query(uri,null, null,null,null);    
4.     if(cursor != null) {    
5.         cursor.moveToFirst();    
6.         //do something    
7.     }    
8. } catch (Exception e) {    
9.     e.printStackTrace();      
10. } finally {    
11.     if (cursor != null) {    
12.        cursor.close();    
13.     }    
14. }    

    有一种情况下，我们不能直接将Cursor关闭掉，这就是在CursorAdapter中应用的情况，但是注意，CursorAdapter在Acivity结束时并没有自动的将Cursor关闭掉，因此，你需要在onDestroy函数中，手动关闭。

[html] view plaincopy

1. @Override    
2. protected void onDestroy() {          
3.     if (mAdapter != null && mAdapter.getCurosr() != null) {    
4.         mAdapter.getCursor().close();    
5.     }    
6.     super.onDestroy();     
7. }    

  CursorAdapter中的changeCursor函数，会将原来的Cursor释放掉，并替换为新的Cursor，所以你不用担心原来的Cursor没有被关闭。

  你可能会想到使用Activity的managedQuery来生成Cursor，这样Cursor就会与Acitivity的生命周期一致了，多么完美的解决方法！然而事实上managedQuery也有很大的局限性。

    managedQuery生成的Cursor必须确保不会被替换，因为可能很多程序事实上查询条件都是不确定的，因此我们经常会用新查询的Cursor来替换掉原先的Cursor。因此这种方法适用范围也是很小。

七、其它要说的。

    其实，要减小内存的使用，其实还有很多方法和要求。比如不要使用整张整张的图，尽量使用9path图片。Adapter要使用convertView等等，好多细节都可以节省内存。这些都需要我们去挖掘，谁叫Android的内存不给力来着。