Android 内存详细分析
轉載地址：http://blog.csdn.net/hnulwt/article/details/44900811
最近在網上看了不少Android內存管理方面的博文，但是文章大多都是就單個方面去介紹內存管理，沒有能全局把握，缺乏系統性闡述，而且有些觀點有誤。
這樣對Android內存管理進行局部性介紹，很難使讀者建立系統性概念，無法真正理解內存管理，對提高系統優化和系統穩定性分析方面的能力是不夠的。
? ? 我結合自己的一些思考和理解，從宏觀層面上，對內存管理做一個全局性的介紹，在此與大家交流分享。
首先，回顧一下基礎知識，基礎知識是理解系統機制的前提和關鍵：
1、? 進程的地址空間
在32位操作系統中，進程的地址空間為0到4GB，
示意圖如下：
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圖1
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這里主要說明一下Stack和Heap：
Stack空間（進棧和出棧）由操作系統控制，其中主要存儲函數地址、函數參數、局部變量等等，所以Stack空間不需要很大，一般為幾MB大小。
Heap空間的使用由程序員控制，程序員可以使用malloc、new、free、delete等函數調用來操作這片地址空間。Heap為程序完成各種復雜任務提供內存空間，所以空間比較大，一般為幾百MB到幾GB。正是因為Heap空間由程序員管理，所以容易出現使用不當導致嚴重問題。
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2、進程內存空間和RAM之間的關系
進程的內存空間只是虛擬內存（或者叫作邏輯內存），而程序的運行需要的是實實在在的內存，即物理內存（RAM）。在必要時，操作系統會將程序運行中申請的內存（虛擬內存）映射到RAM，讓進程能夠使用物理內存。
RAM作為進程運行不可或缺的資源，對系統性能和穩定性有著決定性影響。另外，RAM的一部分被操作系統留作他用，比如顯存等等，內存映射和顯存等都是由操作系統控制，我們也不必過多地關注它，進程所操作的空間都是虛擬地址空間，無法直接操作RAM。
示意圖如下：
圖2
基礎知識介紹到這里，如果讀者理解以上知識有障礙，請好好惡補一下基礎知識，基礎理論知識至關重要。??
3、? Android中的進程
（1）???native進程：采用C/C++實現，不包含dalvik實例的進程，/system/bin/目錄下面的程序文件運行后都是以native進程形式存在的。如圖 ? ? ? ? ? 3，/system/bin/surfaceflinger、/system/bin/rild、procrank等就是native進程。
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（2）???java進程：Android中運行于dalvik虛擬機之上的進程。dalvik虛擬機的宿主進程由fork()系統調用創建，所以每一個java進程都是存在于一個native進程中，因此，java進程的內存分配比native進程復雜，因為進程中存在一個虛擬機實例。如圖3，Android系統中的應用程序基本都是java進程，如桌面、電話、聯系人、狀態欄等等。
圖3
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4、? Android中進程的堆內存
圖1和圖4分別介紹了native process和java process的結構，這個是我們程序員需要深刻理解的，進程空間中的heap空間是我們需要重點關注的。heap空間完全由程序員控制，我們使用的malloc、C++ new和java new所申請的空間都是heap空間， C/C++申請的內存空間在native heap中，而java申請的內存空間則在dalvik?heap中。
圖4
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5、? Android的 java程序為什么容易出現OOM
這個是因為Android系統對dalvik的vm heapsize作了硬性限制，當java進程申請的java空間超過閾值時，就會拋出OOM異常（這個閾值可以是48M、24M、16M等，視機型而定），可以通過adb shell getprop | grep dalvik.vm.heapgrowthlimit查看此值。
也就是說，程序發生OMM并不表示RAM不足，而是因為程序申請的java heap對象超過了dalvik vm heapgrowthlimit。也就是說，在RAM充足的情況下，也可能發生OOM。
這樣的設計似乎有些不合理，但是Google為什么這樣做呢？這樣設計的目的是為了讓Android系統能同時讓比較多的進程常駐內存，這樣程序啟動時就不用每次都重新加載到內存，能夠給用戶更快的響應。迫使每個應用程序使用較小的內存，移動設備非常有限的RAM就能使比較多的app常駐其中。但是有一些大型應用程序是無法忍受vm heapgrowthlimit的限制的，后面會介紹如何讓自己的程序跳出vm heapgrowthlimit的限制。
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6、? Android如何應對RAM不足
在第5點中提到：java程序發生OMM并不是表示RAM不足，如果RAM真的不足，會發生什么呢？這時Android的memory killer會起作用，當RAM所剩不多時，memory killer會殺死一些優先級比較低的進程來釋放物理內存，讓高優先級程序得到更多的內存。我們在分析log時，看到的進程被殺的log，如圖5，往往就是屬于這種情況。
圖5
7、? 如何查看RAM使用情況
可以使用adb shell cat /proc/meminfo查看RAM使用情況：
MemTotal:????????396708 kB
MemFree:???????????4088 kB
Buffers:???????????5212 kB
Cached:??????????211164 kB
SwapCached:???????????0 kB
Active:??????????165984 kB
Inactive:????????193084 kB
Active(anon):????145444 kB
Inactive(anon):?????248 kB
Active(file):?????20540 kB
Inactive(file):??192836 kB
Unevictable:???????2716 kB
Mlocked:??????????????0 kB
HighTotal:????????????0 kB
HighFree:?????????????0 kB
LowTotal:????????396708 kB
LowFree:???????????4088 kB
SwapTotal:????????????0 kB
SwapFree:?????????????0 kB
Dirty:????????????????0 kB
Writeback:????????????0 kB
AnonPages:???????145424 kB
……
……
這里對其中的一些字段進行解釋：
MemTotal：可以使用的RAM總和（小于實際RAM，操作系統預留了一部分）
MemFree：未使用的RAM
Cached：緩存（這個也是app可以申請到的內存）
HightTotal：RAM中地址高于860M的物理內存總和，只能被用戶空間的程序使用。
HightFree：RAM中地址高于860M的未使用內存
LowTotal：RAM中內核和用戶空間程序都可以使用的內存總和（對于512M的RAM: lowTotal= MemTotal）
LowFree: RAM中內核和用戶空間程序未使用的內存（對于512M的RAM: lowFree = MemFree）
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8、? 如何查看進程的內存信息
(1)、使用adb shell dumpsys meminfo + packagename/pid:
從圖6可以看出，com.example.demo作為java進程有2個heap，native heap和dalvik heap，
native heap size為159508KB，dalvik heap size為46147KB
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圖6?
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?
（2）、使用adb shell procrank查看進程內存信息
???? ?? 如圖7：
圖7
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解釋一些字段的意思：
VSS- Virtual Set Size 虛擬耗用內存（包含共享庫占用的內存）
RSS- Resident Set Size 實際使用物理內存（包含共享庫占用的內存）
PSS- Proportional Set Size 實際使用的物理內存（比例分配共享庫占用的內存）
USS- Unique Set Size 進程獨自占用的物理內存（不包含共享庫占用的內存）
一般來說內存占用大小有如下規律：VSS >= RSS >= PSS >= USS
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注意：dumpsys meminfo可以查看native進程和java進程，而procrank只能查看java進程。
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9、? 應用程序如何繞過dalvikvm heapsize的限制
對于一些大型的應用程序（比如游戲），內存使用會比較多，很容易超超出vm heapsize的限制，這時怎么保證程序不會因為OOM而崩潰呢？
（1）、創建子進程
?????????????? 創建一個新的進程，那么我們就可以把一些對象分配到新進程的heap上了，從而達到一個應用程序使用更多的內存的目的，當然，創建子進程會增加系統開銷，而且并不是所有應用程序都適合這樣做，視需求而定。
創建子進程的方法：使用android:process標簽
（2）、使用jni在native heap上申請空間（推薦使用）
?? ?? nativeheap的增長并不受dalvik vm heapsize的限制，從圖6可以看出這一點，它的native heap size已經遠遠超過了dalvik heap size的限制。
只要RAM有剩余空間，程序員可以一直在native heap上申請空間，當然如果 RAM快耗盡，memory killer會殺進程釋放RAM。大家使用一些軟件時，有時候會閃退，就可能是軟件在native層申請了比較多的內存導致的。比如，我就碰到過UC web在瀏覽內容比較多的網頁時閃退，原因就是其native heap增長到比較大的值，占用了大量的RAM，被memory killer殺掉了。
（3）、使用顯存（操作系統預留RAM的一部分作為顯存）
使用OpenGL textures等API，texture memory不受dalvik vm heapsize限制，這個我沒有實踐過。再比如Android中的GraphicBufferAllocator申請的內存就是顯存。
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10、Bitmap分配在native heap還是dalvik heap上？
一種流行的觀點是這樣的：
Bitmap是jni層創建的，所以它應該是分配到native heap上，并且為了解釋bitmap容易導致OOM，提出了這樣的觀點：
????????????? native heap size + dalvik heapsize <= dalvik vm heapsize
詳情請看：http://devspirit.blog.163.com/blog/static/16425531520104199512427/
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但是請大家看看圖6，native heap size為159508KB，遠遠超過dalvik vm heapsize，所以，事實證明以上觀點是不正確的。
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正確的觀點：
大家都知道，過多地創建bitmap會導致OOM異常，且native heapsize不受dalvik限制，所以可以得出結論：
Bitmap只能是分配在dalvik heap上的，因為只有這樣才能解釋bitmap容易導致OOM。
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但是，有人可能會說，Bitmap確實是使用java native方法創建的啊，為什么會分配到dalvik heap中呢？為了解決這個疑問，我們還是分析一下源碼：
涉及的文件：
[java]?view plaincopy
BitmapFactory.java里面有幾個decode***方法用來創建bitmap，最終都會調用：
private staticnative Bitmap nativeDecodeStream(InputStream is, byte[] storage,Rect padding,Options opts);
而nativeDecodeStream()會調用到BitmapFactory.cpp中的deDecode方法，最終會調用到Graphics.cpp的createBitmap方法。
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我們來看看createBitmap方法的實現：
[java]?view plaincopy
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從代碼中可以看到bitmap對象是通過env->NewOject( )創建的，到這里疑惑就解開了，bitmap對象是虛擬機創建的，JNIEnv的NewOject方法返回的是java對象，并不是native對象，所以它會分配到dalvik heap中。
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11、java程序如何才能創建native對象
必須使用jni，而且應該用C語言的malloc或者C++的new關鍵字。實例代碼如下：
[java]?view plaincopy
或者:
[java]?view plaincopy
這里對代碼中的memset做一點說明：
?????? new或者malloc申請的內存是虛擬內存，申請之后不會立即映射到物理內存，即不會占用RAM，只有調用memset使用內存后，虛擬內存才會真正映射到RAM。
本文旨在讓大家對Android內存管理有一個整體性的認識，著重全局性理解，希望對大家有用
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Android 内存详细分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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