简析Android的垃圾回收与内存泄露

Android系统是运行在Java虚拟机上的，作为嵌入式设备，内存往往非常有限，了解Android的垃圾回收机制，可以有效的防止内存泄露问题或者OOM问题。本文作为入门文章，将浅显的讨论垃圾回收与内存泄露的原理，不讨论Dalvik虚拟机底层机制或者native层面的问题。

1. 基础

在分析垃圾回收前，我们要复习Java与离散数学的基础。

• 实例化：对象是类的一个实例，创建对象的过程也叫类的实例化。对象是以类为模板来创建的。比如Car car = new Car();，我们就创造了一个Car的实例(Create new class instance of Car)
• 引用：某些对象的实例化需要其它的对象实例，比如ImageView的实例化就需要Context对象，就是表示ImageView对于Context持有引用(ImageView holds a reference to Context)。
• 有向图：在每条边上都标有有向线段的图称为有向图，Java中的garbage collection采用有向图的方式进行内存管理，箭头的方向表示引用关系，比如 B ← A ,就是B中需要A，B引用A。
• 可达：有向图D={S,R}中，对于Si,Sj 属于S，如果从Si到Sj有任何一条通路存在，则可称Si可达Sj。也就是说，当B ← A中间箭头断了，就称作不可达，这时A就不可达B了。
• Shallow heap 与 Retain heap 的对比
  • Shallow heap表示当前对象所消耗的内存
  • Retained heap表示当前对象所消耗的内存加上它引用的内存总合 

Google I/O 2011: Memory management for Android Apps

上图的橙色的Object是该有向图的起点，它的Shallow heap是100，而它的Retained heap是100 + 300 = 400。

2. 什么是垃圾回收

Java GC(Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收)机制，是Java与C++/C的主要区别之一，作为Java开发者，一般不需要专门编写内存回收和垃圾清理代码，对内存泄露和溢出的问题，也不需要像C程序员那样战战兢兢。这是因为在Java虚拟机中，存在自动内存管理和垃圾清扫机制。概括地说，该机制对虚拟机中的内存进行标记，并确定哪些内存需要回收，根据一定的回收策略，自动的回收内存，永不停息(Nerver Stop)的保证虚拟机中的内存空间，防止出现内存泄露和溢出问题。

3. 什么情况需要垃圾回收

对于GC来说，当程序员创建对象时，GC就开始监控这个对象的地址、大小以及使用情况。通常GC采用有向图的方式记录并管理堆中的所有对象，通过这种方式确定哪些对象时“可达”，哪些对象时“不可达”。当对象不可达的时候，即对象不再被引用的时候，就会被垃圾回收。

网上有很多文档介绍可达的关系了，如图，在第六行的时候，o2改变了指向，Obj2就不再引用main的了，即他它们是不可达的，Obj2就可能在下次的GC中被回收。

developerWorks Java technology

4. 什么是内存泄露

当你不再需要某个实例后，但是这个对象却仍然被引用，防止被垃圾回收(Prevent from being bargage collected)。这个情况就叫做内存泄露(Memory Leak)。

下面将以How to Leak a Context: Handlers & Inner Classes这篇文章翻译为例，介绍一个内存泄露。

看如下的代码

1. public class SampleActivity extends Activity { 
2.  
3.   private final Handler mLeakyHandler = new Handler() {    @Override 
4.     public void handleMessage(Message msg) {      // ...  
5.     } 
6.   } 
7. }  

当你打完这个代码后，IDE应该就会提醒你

1. In Android, Handler classes should be static or leaks might occur. 

它到底是如何泄露的呢?

1. 当你启动一个application时，它会自动在主线程创建一个Looper对象，用于处理Handler中的message。Looper实现了简单的消息队列，在循环中一个接一个的处理Message对象。大多数Application框架事件(比如Activity生命周期调用，按钮点击等)都在Message中，它们在Looper的消息队列中一个接一个的处理。注意Looper是存在于application整个生命周期中。
2. 当你新建了一个handler对象后，它会被分配给Looper的消息队列。被发送到消息队列的Message将保持对Handler的引用，因为当消息队列处理到这个消息时，需要使用[Handler#handleMessage(Message)](http://developer.android.com/reference/android/os/Handler.html#handleMessage(android.os.Message)这个方法。(也就是说，只要没有处理到这个Message，Handler就一直在队列中被引用)
3. 在java中，非静态的内部Class与匿名Class对它们外部的Class有强引用。static inner class除外。 

引用关系

现在，我们尝试运行如下代码

1. public class SampleActivity extends Activity { 
2.  
3.   private final Handler mLeakyHandler = new Handler() {    @Override 
4.     public void handleMessage(Message msg) {      // ... 
5.     } 
6.   }  @Override 
7.   protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    super.onCreate(savedInstanceState);    // Post a message and delay its execution for 10 minutes. 
8.     mLeakyHandler.postDelayed(new Runnable() {      @Override 
9.       public void run() { /* ... */ } 
10.     }, 1000 * 60 * 10);    // Go back to the previous Activity. 
11.     finish(); 
12.   } 
13. }  

这个程序很简单，我们可以脑补一下，它应该是启动了又瞬间关闭，但是事实真的是关闭了吗?

稍有常识的人可以看出，它发送了一个Message，将在十分钟后运行，也就是说Message将被保持引用达到10分钟，这就照成了至少10分钟的内存泄露。

最后正确的代码如下

1. ublic class SampleActivity extends Activity { 
2.  
3.   /** 
4.    * Instances of static inner classes do not hold an implicit 
5.    * reference to their outer class. 
6.    */ 
7.   private static class MyHandler extends Handler { 
8.     private final WeakReference<SampleActivity> mActivity; 
9.  
10.     public MyHandler(SampleActivity activity) { 
11.       mActivity = new WeakReference<SampleActivity>(activity); 
12.     }    @Override 
13.     public void handleMessage(Message msg) {      SampleActivity activity = mActivity.get();      if (activity != null) {        // ... 
14.       } 
15.     } 
16.   }  private final MyHandler mHandler = new MyHandler(this);  /** 
17.    * Instances of anonymous classes do not hold an implicit 
18.    * reference to their outer class when they are "static". 
19.    */ 
20.   private static final Runnable sRunnable = new Runnable() {      @Override 
21.       public void run() { /* ... */ } 
22.   };  @Override 
23.   protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    super.onCreate(savedInstanceState);    // Post a message and delay its execution for 10 minutes. 
24.     mHandler.postDelayed(sRunnable, 1000 * 60 * 10);    // Go back to the previous Activity. 
25.     finish(); 
26.   } 
27. }  

结论

• GC是按照有向图是否可达来判断对象实例是否有用
• 如果不在需要某个实例，却仍然被引用，这个情况叫做内存泄露
• 匿名类/非静态类内部class会保持对它所在Activity的引用，使用时要注意它们的生命周期不能超过Activity，否则要用static inner class
• 善于在Activy中的生命周期(比如onPause)中手动控制其他类的生命周期

最后再补充一下iOS的情况，iOS在新版的OC与Swift中，已经引入了新的内存管理体系ARC(auto reference counting，引用自动计数)，C代码在编译时，编译器自动适时的添加释放内存的代码。

本文作者：佚名

来源：51CTO