Android开发笔记——常见BUG类型之内存泄露与线程安全

本文内容来源于最近一次内部分享的总结，没来得及详细整理，见谅。

本次分享主要对内存泄露和线程安全这两个问题进行一些说明，内部代码扫描发现的BUG大致分为四类：1）空指针；2）除0；3）内存、资源泄露；4）线程安全。第一、二个问题属于编码考虑不周，第三、四个问题则需要更深入的分析。

1. 内存泄露
2. 线程安全

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一、内存泄露

1、很抱歉，”XXX”已停止运行。OOM？

怎样才能让app报OOM呢？最简单的办法如下：

Bitmap bt1 = BitmapFactory.decodeResource(this.getResources(), R.drawable.image);
Bitmap bt2 = BitmapFactory.decodeResource(this.getResources(), R.drawable.image);
Bitmap btn = ...

2、查看内存占用

• 命令行：adb shell dumpsys meminfo packageName

• 通过Android Studio的Memory Monitor查看内存中Dalvik Heap的实时变化

3、发生内存泄露的条件

首先，每个app有最大内存限制。

ActivityManager activityManager = (ActivityManager) context.getSystemServiceContext.ACTIVITY_SERVICE);
activityManager.getMemoryClass();

getMemoryClass()取到的是最大内存资源。Android中的堆内存分为Native Heap和Dalvik Heap。C/C++申请的内存空间在Native Heap中，Java申请的内存空间则在Dalvik Heap中。对于head堆的大小限制，可以查看/system/build.prop文件：

dalvik.vm.heapstartsize=8m
dalvik.vm.heapgrowthlimit=96m
dalvik.vm.heapsize=256m

注意： 

heapsize参数表示单个进程heap可用的最大内存，但如果存在以下参数”dalvik.vm.headgrowthlimit =96m”表示单个进程heap内存被限定在96m，即程序运行过程实际只能使用96m内存。

如果申请的内存资源超过上述限制，系统就会抛出OOM错误。

4、常见避免OOM的措施

以下主要从四个方面总结常见的措施：1）减小对象的内存占用；2）内存对象的重复利用；3）避免对象的内存泄露；4）内存使用策略优化。

4.1 减小对象的内存占用

• 使用ArrayMap/SparseArray而不是HashMap等传统数据结构。
  • 参考链接：Android内存优化（使用SparseArray和ArrayMap代替HashMap）
• 在Android中避免使用枚举。
• 减小Bitmap对象的内存占用。inSampleSize和decode format。

4.2 内存对象的重复利用

• ListView/GridView等出现大量重复子组件的视图里面对ConvertView的复用

• 使用LRU机制缓存Bitmap
• 避免在onDraw方法里面执行对象的创建
• 使用StringBuilder来替代频繁的”+”

4.3 避免对象的内存泄露

4.1和4.2都是比较常规的措施，4.3需要重点关注。

1）Activity泄露

导致Activity泄露的原因较多，下面列举一些比较常见的。从原理上主要分为两类：i）静态对象；ii）this$0。

• Activity被static变量引用。这段代码来自于我们的Crash上传

  private static Map<ComponentName, ExceptionHandler> configMap =
                          new HashMap<ComponentName, ExceptionHandler>();
  public static void setActivity(final Activity activity, boolean send2Server) {
      Log.d(TAG, "bind exception handler : " + activity.getComponentName().getClassName());
      //上下文初始化
      SDKContext.init(activity.getApplication());
      init(activity.getApplication());
      ExceptionHandler exceptionHandler = new ExceptionHandler(
                          activity, send2Server, Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler());
      configMap.put(activity.getComponentName(), exceptionHandler);
      Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(exceptionHandler);
  }

下面是通过MAT分析一个Activity泄露的截图：
 

• 内部类引用导致Activity的泄漏
  最典型的场景是Handler导致的Activity泄漏，如果Handler中有延迟的任务或者是等待执行的任务队列过长，都有可能因为Handler继续执行而导致Activity发生泄漏。此时的引用关系链是Looper -> MessageQueue -> Message -> Handler -> Activity。为了解决这个问题，可以在UI退出之前，执行remove Handler消息队列中的消息与runnable对象。或者是使用Static + WeakReference的方式来达到断开Handler与Activity之间存在引用关系的目的。
  可参考链接：线程通信

2）考虑使用Application Context而不是Activity Context

对于大部分非必须使用Activity Context的情况（Dialog的Context就必须是Activity Context），我们都可以考虑使用Application Context而不是Activity的Context，这样可以避免不经意的Activity泄露。

3）注意临时Bitmap对象的及时回收

虽然在大多数情况下，我们会对Bitmap增加缓存机制，但是在某些时候，部分Bitmap是需要及时回收的。例如临时创建的某个相对比较大的bitmap对象，在经过变换得到新的bitmap对象之后，应该尽快回收原始的bitmap，这样能够更快释放原始bitmap所占用的空间。

4）内存占用监控
通过Runtime获取maxMemory，而maxMemory-totalMemory即为剩余可使用的dalvik内存。定期检查这个值，达到80%就去释放各种cache资源（bitmap的cache）。

/**
 * Returns the maximum number of bytes the heap can expand to. See {@link #totalMemory} for the
 * current number of bytes taken by the heap, and {@link #freeMemory} for the current number of
 * those bytes actually used by live objects.
 */
int maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory()); // 应用程序最大可用内存
/**
 * Returns the number of bytes taken by the heap at its current size. The heap may expand or
 * contract over time, as the number of live objects increases or decreases. See
 * {@link #maxMemory} for the maximum heap size, and {@link #freeMemory} for an idea of how much
 * the heap could currently contract.
 */
long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory()); // 应用程序已获得内存
/**
 * Returns the number of bytes currently available on the heap without expanding the heap. See
 * {@link #totalMemory} for the heap's current size. When these bytes are exhausted, the heap
 * may expand. See {@link #maxMemory} for that limit.
 */
long freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory()); // 应用程序已获得内存中未使用内存

5）注意Cursor对象是否及时关闭

在程序中我们经常会进行查询数据库的操作，但时常会存在不小心使用Cursor之后没有及时关闭的情况。这些Cursor的泄露，反复多次出现的话会对内存管理产生很大的负面影响，我们需要谨记对Cursor对象的及时关闭。

4.4 内存使用策略优化

• 谨慎使用large heap

• 综合考虑设备内存阈值与其他因素设计合适的缓存大小
• onLowMemory()/onTrimMemory(int)
• 资源文件需要选择合适的文件夹进行存放
• Try catch某些大内存分配的操作
• 谨慎使用static对象
• 优化布局层次，减少内存消耗
• 谨慎使用多进程
• 谨慎使用依赖注入框架
• 使用ProGuard来剔除不需要的代码
• 谨慎使用第三方libraries
• 考虑不同的实现方式来优化内存占用

二、线程安全

1、下面的方法是线程安全的吗？

class MyCounter {
    private static int counter = 0;
    public static int getCount() {
        return counter++;
    }
}

怎样使上述方法线程安全？

2、Java中的线程安全

怎样保持在多线程环境下的数据一致性，Java提供了多种方法实现：

1. synchronized

2. java.util.concurrent.atomic
3. java.util.concurrent.locks
4. thread safe collection（ConcurrentHashMap）
5. volatile

2.1 synchronized

JVM保证被synchronized关键字修饰的代码段在同一时间只能被一个线程访问，内部通过对对象或类加锁来实现的。当方法被synchronized修饰时，锁加在对象上；当方法同时为static时，锁加在类上。从性能的角度来讲，一般不建议直接将锁加在类上，这样会使得类的所有对象的该方法均为synchronized的。

从之前扫描的问题来看，在编写synchronized程序时主要有两点需要注意：

• synchronized需要创建基于对象或者类的锁，所以不能在构造器或者变量上加锁。

• synchronized造成死锁。

1) 锁加在哪里？

List<ResultPoint> currentPossible = possibleResultPoints;
List<ResultPoint> currentLast = lastPossibleResultPoints;
int frameLeft = frame.left;
int frameTop = frame.top;
if (currentPossible.isEmpty()) {
    lastPossibleResultPoints = null;
} else {
    possibleResultPoints = new ArrayList<>(5);
    lastPossibleResultPoints = currentPossible;
    paint.setAlpha(CURRENT_POINT_OPACITY);
    paint.setColor(resultPointColor);
    synchronized (currentPossible) {
        for (ResultPoint point : currentPossible) {
            canvas.drawCircle(frameLeft
                    + (int) (point.getX() * scaleX), frameTop
                    + (int) (point.getY() * scaleY), POINT_SIZE,
                    paint);
        }
    }
}

上述方法中，possibleResultPoints的创建没有采用同步措施，需要使用Collections.synchronizedXxx。

List<MyType> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(<MyType>));
...
synchronized(list){
    for(MyType m : list){
        foo(m);
        m.doSomething();
    }
}

一般比较推荐创建一个虚拟的对象专门用于获取锁。

//dummy object variable for synchronization
private Object mutex=new Object();
...
//using synchronized block to read, increment and update count value synchronously
synchronized (mutex) {
        count++;
}

PS：直接在方法上加synchronized可能DoS攻击喔，举个栗子：

public class MyObject {
    // Locks on the object's monitor
    public synchronized void doSomething() {
    // ...
    }
}
// 黑客的代码
MyObject myObject = new MyObject();
synchronized (myObject) {
    while (true) {
        // Indefinitely delay myObject
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
    }
}

黑客的代码获取了MyObject对象的锁，导致doSomething死锁，从而引发Denial of Service。

public class MyObject {
    //locks on the class object's monitor
    public static synchronized void doSomething() {
    // ...
    }
}
// 黑客的代码
synchronized (MyObject.class) {
    while (true) {
        Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE); // Indefinitely delay MyObject
    }
}

2) 死锁。

public class ThreadDeadlock {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object obj1 = new Object();
        Object obj2 = new Object();
        Object obj3 = new Object();
        Thread t1 = new Thread(new SyncThread(obj1, obj2), "t1");
        Thread t2 = new Thread(new SyncThread(obj2, obj3), "t2");
        Thread t3 = new Thread(new SyncThread(obj3, obj1), "t3");
        t1.start();
        Thread.sleep(5000);
        t2.start();
        Thread.sleep(5000);
        t3.start();
    }
}
class SyncThread implements Runnable{
    private Object obj1;
    private Object obj2;
    public SyncThread(Object o1, Object o2){
        this.obj1=o1;
        this.obj2=o2;
    }
    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj1);
        synchronized (obj1) {
         System.out.println(name + " acquired lock on "+obj1);
         work();
         System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj2);
         synchronized (obj2) {
            System.out.println(name + " acquired lock on "+obj2);
            work();
        }
         System.out.println(name + " released lock on "+obj2);
        }
        System.out.println(name + " released lock on "+obj1);
        System.out.println(name + " finished execution.");
    }
    private void work() {
        try {
            Thread.sleep(30000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码会输出什么呢？