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利用 LeakCanary 来检查 Android 内存泄漏

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kamidox
2015.05.12 22:23* 字数 1707

前言

你被概率性的 OOM 困扰么?有时候,OOM 像幽灵一样,挥之不去,可真想把它揪出来时,又捉之不着。或许,是时候用 LeakCanary 来诊断一下了。它是一个用来检查 Android 下内存泄漏的开源库,这篇文章主要介绍其用法、架构和其背后的实现原理。

Square 有篇文章介绍了开发这个库的原因。他们的一个付款流程里,需要用到用户的签名,他们直接用 Bitmap 来画签名,Bitmap 大小和屏幕分辨率是一样的。问题来了,在试图创建这个 Bitmap 对象时,概率性 OOM 如幽灵般相随。他们试了几个方法:

  • 使用 Bitmap.Config.ALPHA_8 来节省内存
  • 捕获 OutOfMemoryError 异常,调用 gc 清理内存,然后重试几次

最终这些都不起作用。最终他们发现他们在错误的方向上走得太远了。当存在内存泄漏时,可用内存越来越少,这个时候 OOM 可以发生在任何地方,特别是试图创建一些大内存对象,如 Bitmap 的时候。

我们在上一篇文章《Android 内存与性能》里介绍了使用 MAT 来分析内存泄漏的方法。概括起来核心步骤是:

  • 发生 OOM 或做一些可能存在内存泄漏的操作后,导出 HPROF 文件
  • 利用 MAT 结合代码分析,来发现一些引用异常,比如哪些对象本来应该被回收的,却还在系统堆中,那么它就是内存泄漏

如果有一个工具能自动完成这些事情,甚至在发生 OOM 之前,就把内存泄漏报告给你,那是多么美好的一件事情啊。LeakCanary 就是用来干这个事情的。在测试你的 App 时,如果发生了内存泄漏,状态栏上会有通知告诉你。logcat 上也会有相应的 log 通知你。

!!! notes "启发"
LeakCanary 产生的背后有几个有意思的启发。一是像 Square 这样公司一样会被 OOM 这种问题困扰;二是他们也会犯错,试了几种方法都不起作用;三是他们最终用一个优雅的方式解决了这个问题,并且通过开源库的方式让所有人共享他们的工作成果。

用法

监控 Activity 泄露

我们经常把 Activity 当作为 Context 对象使用,在不同场合由各种对象引用 Activity。所以,Activity 泄漏是一个重要的需要检查的内存泄漏之一。

public class ExampleApplication extends Application {

    public static RefWatcher getRefWatcher(Context context) {
        ExampleApplication application = (ExampleApplication) context.getApplicationContext();
        return application.refWatcher;
    }

    private RefWatcher refWatcher;

    @Override public void onCreate() {
        super.onCreate();
        refWatcher = LeakCanary.install(this);
    }
}

LeakCanary.install() 返回一个配置好了的 RefWatcher 实例。它同时安装了 ActivityRefWatcher 来监控 Activity 泄漏。即当 Activity.onDestroy() 被调用之后,如果这个 Activity 没有被销毁,logcat 就会打印出如下信息告诉你内存泄漏发生了。

    * com.example.leakcanary.MainActivity has leaked:
    * GC ROOT thread java.lang.Thread.<Java Local> (named 'AsyncTask #1')
    * references com.example.leakcanary.MainActivity$2.this$0 (anonymous class extends android.os.AsyncTask)
    * leaks com.example.leakcanary.MainActivity instance
    * Reference Key: c4d32914-618d-4caf-993b-4b835c255873
    * Device: Genymotion generic Google Galaxy Nexus - 4.2.2 - API 17 - 720x1280 vbox86p
    * Android Version: 4.2.2 API: 17
    * Durations: watch=5100ms, gc=104ms, heap dump=82ms, analysis=3008ms

!!! notes
LeakCanary 自动检测 Activity 泄漏只支持 Android ICS 以上版本。因为 Application.registerActivityLifecycleCallbacks() 是在 API 14 引入的。如果要在 ICS 之前监测 Activity 泄漏,可以重载 Activity.onDestroy() 方法,然后在这个方法里调用 RefWatcher.watch(this) 来实现。

监控 Fragment 泄漏

public abstract class BaseFragment extends Fragment {

    @Override 
    public void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        RefWatcher refWatcher = ExampleApplication.getRefWatcher(getActivity());
        refWatcher.watch(this);
    }
}

Fragment.onDestroy() 被调用之后,如果这个 fragment 实例没有被销毁,那么就会从 logcat 里看到相应的泄漏信息。

监控其他泄漏

    ...
    RefWatcher refWatcher = ExampleApplication.getRefWatcher(getActivity());
    refWatcher.watch(someObjNeedGced);

someObjNeedGced 还在内存中时,就会在 logcat 里看到内存泄漏的提示。

集成 LeakCanary 库

dependencies {
    debugCompile 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android:1.3'
    releaseCompile 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android-no-op:1.3'
}

在 debug 版本上,集成 LeakCanary 库,并执行内存泄漏监测,而在 release 版本上,集成一个无操作的 wrapper ,这样对程序性能就不会有影响。

原理

LeakCanary 流程图

leakcanary
leakcanary

LeakCanary 的机制如下:

  1. RefWatcher.watch() 会以监控对象来创建一个 KeyedWeakReference 弱引用对象
  2. AndroidWatchExecutor 的后台线程里,来检查弱引用已经被清除了,如果没被清除,则执行一次 GC
  3. 如果弱引用对象仍然没有被清除,说明内存泄漏了,系统就导出 hprof 文件,保存在 app 的文件系统目录下
  4. HeapAnalyzerService 启动一个单独的进程,使用 HeapAnalyzer 来分析 hprof 文件。它使用另外一个开源库 HAHA
  5. HeapAnalyzer 通过查找 KeyedWeakReference 弱引用对象来查找内在泄漏
  6. HeapAnalyzer 计算 KeyedWeakReference 所引用对象的最短强引用路径,来分析内存泄漏,并且构建出对象引用链出来。
  7. 内存泄漏信息送回给 DisplayLeakService,它是运行在 app 进程里的一个服务。然后在设备通知栏显示内存泄漏信息。

几个有意思的代码

如何导出 hprof 文件

File heapDumpFile = new File("heapdump.hprof");
Debug.dumpHprofData(heapDumpFile.getAbsolutePath());

可以参阅 AndroidHeapDumper.java 的代码。

如何分析 hprof 文件

这是个比较大的话题,感兴趣的可以移步另外一个开源库 HAHA,它的祖先是 MAT

如何使用 HandlerThread

可以参阅 AndroidWatchExecutor.java的代码,特别是关于 Handler, Loop 的使用。

怎么知道某个变量已经被 GC 回收

可以参阅 RefWatcher.javaensureGone() 函数。最主要是利用 WeakReferenceReferenceQueue 机制。简单地讲,就是当弱引用 WeakReference 所引用的对象被回收后,这个 WeakReference 对象就会被添加到 ReferenceQueue 队列里,我们可以通过其 poll() 方法获取到这个被回收的对象的 WeakReference 实例,进而知道需要监控的对象是否被回收了。

关于内存泄漏

内存泄漏可能很容易发现,比如 Cursor 没关闭;比如在 Activity.onResume() 里 register 了某个需要监听的事件,但在 Activity.onPause() 里忘记 unregister 了;内存泄漏也可能很难发现,比如 LeakCanary 示例代码,隐含地引用,并且只有在旋转屏幕时才会发生。还有更难发现,甚至无能为力的内存泄漏,比如 Android SDK 本身的 BUG 导致内存泄漏。AndroidExcludedRefs.java 里就记录了一些己知的 AOSP 版本的以及其 OEM 实现版本里存在的内存泄漏。

本期推荐

推荐一个画图工具 planUML,其最大的特色是使用脚本来画图。它和 starUML 的最大区别是,前者是画图工具,类似于微软的 visio,而且支持脚本画图,后者是建模工具。这里是 planUML 的官方文档。它还支持一堆扩展,比如 Sublime Text等。本文的流程图就是用 planUML 画的。

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