性能優化（一）堆內存分析

前言

通過Android Studio的Memory Monitor工具，對各種數據類型，如：boolean，int，float，long，SparseArray，HashMap等在內存的佔用情況進行分析。對一些特定場景下的代碼編寫，如：String拼接，OnClickListener等所消耗的內存情況進行分析。通過分析，更好的瞭解了不同情況下堆內存是如何分配的，也確切驗證了以往諸多的代碼經驗，爲高效合理的利用內存奠定基礎。

Memory Monitor的基本使用

新建MainActivity，啓動APP

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
    }
}

在 Android Monitor -> Monitors -> Memory 中，點擊”initiate GC”，先手動GC一次，把沒用的內存進行回收。
點擊”Dump Java Heap”，生成.hprof（hprof文件爲特定時間點，Java進程的內存快照）

以下是根據.hprof文件生成的內存分析表，本文主要關注Shallow Size和Retained Size，其他column含義可以參考官方-HPROF Viewer and Analyzer

Shallow Size和Retained Size

Shallow Size：該對象本身佔有內存大小
Retained Size：釋放該對象後，節省的內存大小
Dominating Size：管轄的內存大小，大部分情況和Retained一致

因爲可以通過GC Roots直接訪問，所以左圖的obj3不是藍色節點；而右圖卻是藍色，因爲它已經被包含在 Retained size 中。

Shallow Size	Retained Size（左）	Retained Size（右）
obj1	obj1	obj1+obj2+obj4
obj2	obj2	obj2+obj4

案例分析

如圖heap_nothing.png，在MainActivity在新建的時候，初始佔用內存1776（以下案例分析基於紅米note3機型）。

case 1：空對象TestModel+未初始化。

public class TestModel {
}

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private TestModel mModel;
    ...onCreate()
}

只定義TestModel成員變量的情況下，內存佔用1780=初始內存+引用類型（4）。所以在項目發版前，要把一些沒有使用到的變量都清理一遍，積少成多，免得造成內存浪費。

case 2：空對象TestModel+初始化。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private TestModel mModel = new TestModel();
    ...onCreate()
}

內存佔用1788=case1+類信息（8），說明調用new時，即使是空對象，也需要8字節左右的堆空間用於描述該對象的類信息。基於Java是在new的時候纔去申請堆空間的特性，在開發中，可以考慮對象的延遲初始化，養成個好習慣，在使用到的時候纔去new。

case3：TestModel以局部變量的方式進行定義。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        TestModel mModel = new TestModel();
    }
}

內存佔用未變化，還是初始值1776，說明局部變量生命週期只存在於方法內部，方法結束後，即可被gc回收。除非必須，能使用局部變量的情況，就避免定義成員變量。

case4：boolean基礎類型。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
   private boolean mBoolean;
    ...onCreate()
}

內存佔用1777=初始狀態+1，說明基礎類型boolean的引用類型佔用1字節。

case5：Boolean封裝類型。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
   private Boolean mBoolean;
    ...onCreate()
}

內存佔用1780=初始狀態+4，裝箱類型Boolean本質上也是一個對象，由case1可以推導出引用類型佔用4字節。

case6：Boolean封裝類型+初始化。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
   private Boolean mBoolean = new Boolean(true);
    ...onCreate()
}

內存佔用1789=case5+9，如圖，Boolean的源碼中有個boolean基礎類型的字段value，當調用”new Boolean(true)”的時候，根據case2可以推導，類描述信息8字節，根據case4可以推導，value基礎類型佔用1字節，所以總共增加9字節。

同理，可以推導出以下表格：

boolean/byte	short/char	int/float/String/引用類型/數組引用	long/double/類信息
內存佔用	1	2	4

case7：TestModel內部類。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private TestModel mModel = new TestModel();
    ...onCreate()
    public class TestModel {
    }
}

佔用內存1792=case1（1780）+類信息（8）+this引用（4）。

case8：TestModel靜態內部類。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private TestModel mModel = new TestModel();
    ...onCreate()
    public static class TestModel {
    }
}

佔用內存1788=case1（1780）+類信息（8），靜態內部類由於沒有外部類的匿名this引用，少佔用4字節。

case9：HashMap和SparseArray的對比。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private Map<Integer, Integer> mMap = new HashMap<>();
    private SparseArray<Integer> mSparseArray = new SparseArray();

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            mMap.put(i, i);
            mSparseArray.put(i, i);
        }
    }
}

各添加1000條數據，HashMap佔用53168，SparseArray佔用18653，說明使用SparseArray替代HashMap更節省內存。

case10：OnClickListener三種寫法的對比。從節省內存的角度考慮，通過方式3接口回調設置OnClickListener爲最優。

寫法1：匿名類

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private Button mButton;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mButton = (Button) findViewById(R.id.button);
        mButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                Toast.makeText(MainActivity.this, "hello", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
        });
    }
}

內存佔用=MainActivity（1780）+MainActivity$1（12）=1792。

寫法2：成員變量類

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private Button mButton;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mButton = (Button) findViewById(R.id.button);
        mButton.setOnClickListener(mOnClickListener);
    }

    private View.OnClickListener mOnClickListener = new View.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(View v) {
            Toast.makeText(MainActivity.this, "hello", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };
}

內存佔用=MainActivity（1784，包含4字節的成員變量）+MainActivity$1（12）=1796。

寫法3：接口回調

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {
    private Button mButton;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mButton = (Button) findViewById(R.id.button);
        mButton.setOnClickListener(this);
    }

    @Override
    public void onClick(View v) {
        Toast.makeText(MainActivity.this, "hello", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
}

內存佔用=1780（減少1個成員變量，避免通過new創建新的對象，內存佔用最少）。

case11：String的初始化。

case11_1：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
   private String mStr = "aaaaa";
    ...onCreate()
}

case11_2：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
   private String mStr = new String("aaaaa");
    ...onCreate()
}

“aaaaa”這個String爲何佔用26字節？按以上方式分析，至少佔用內存30=類信息（8）+count（4）+hashCode（4）+char[]引用（4）+char[]數組（10），爲何少了4字節？

直接賦值的方式會將”aaaaa”加入到字符串常量池，不佔用堆空間；而case11_2的內存佔用爲 1806=case11_1+26，說明通過new String方式創建的字符串會在堆內存開闢空間。

case12：String的拼接。

case12_1：基於case11_1，作字符串”+”拼接。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
   private String mStr = "aaaaa";
   protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
       ...
      mStr += "c";
   }
}

可以發現，拼接後內存佔用1808=case11_1（1780）+28，而這28的空間正好是”aaaaac”的內存大小，也就是說在”+”拼接的時候，產生了一個臨時的變量用於存儲”aaaaac”的結果，並賦值給mStr。印證了《Effective in Java》的第51條中所說”由於字符串不可變，當2個字符串被連接在一起時，他們的內容都要被拷貝”。同時在淺談StringBuilder這篇文章中也講到了”+”拼接的時候，會轉化爲StringBuilder，再通過toString創建一個新的String對象。

case12_2：用StringBuilder進行字符串拼接。

case12_2_1：初始化1個空的StringBuilder

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
  private StringBuilder mStringBuilder = new StringBuilder();
    ...onCreate()
}

一個空的StringBuilder就佔49字節，類信息（8）+count（4）+shared（1）+value引用（4）+value[]數組（32）=49。value這個字符數組佔用了32字節，而我們最多也就添加”aaaaac”6個字符，所以這裏可以通過new StringBuilder(6)初始化字符數組的大小，避免浪費。

case12_2_2：使用StringBuilder進行”aaaaa”+”c”的字符串拼接。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private StringBuilder mStringBuilder = new StringBuilder(6);
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        ...
        mStringBuilder.append("aaaaa");
        mStringBuilder.append("c");
    }
}

首先在StringBuilder初始化的時候設置了字符數組大小爲6，所以StringBuilder的初始內存佔用就變小了，而在完成append(“aaaaa”)，append(“c”)之後，只要當前字符數組的容量夠用，就不會繼續擴容，避免了String拼接時，內存浪費的問題。當然前提是控制好StringBuilder的char[]初始容量，不然擴容後也會空餘一些閒置內存。

總結

1.謹慎創建成員變量：不管有用沒用，非基礎類型的成員變量只要定義了，至少需要4字節，基礎類型成員變量佔用大小各不一樣。儘量使用局部變量，縮短變量生命週期，促使GC更快回收。
2.謹慎new：如case2的TestModel，不管該對象是否爲空，至少8字節的類信息佔用。如case10的Listener，儘量避免不必要的new。考慮對象的延遲初始化，只有真正使用的時候才new。
3.除非必要，否則儘量使用基礎類型，避免使用裝箱類型。
4.少用內部類：內部類如果不需要訪問到外部類的成員時，可以抽取成獨立外部類，或加static，減少一個this引用（4字節），也可以避免內存泄漏。
5.使用google推薦的數據集合類型SparseArray，ArrayMap替代HashMap。
6.從節省內存的角度考慮，通過接口回調的方式設置OnClickListener爲最優。
7.通過StringBuilder替代String進行字符串拼接，最好預先設置好StringBuilder的容量。

未完，待續…

參考

官方-HPROF Viewer and Analyzer

性能優化（一）堆內存分析

前言

Memory Monitor的基本使用

Shallow Size和Retained Size

案例分析

總結

未完，待續…

參考

6.0運行時權限的總結與實踐

性能優化（一）堆內存分析

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