Android性能优化第（一）篇---基本概念

最近打算总结几篇app性能优化方面的东西，毕竟android弄了这么久，万一到哪些转了行，岁月久了就忘记了，纯粹当个人笔记。今个是第一篇---性能优化的基本概念，毛主席说了，让理论先行，理论指导实践。性能优化的重要性不想再强调，我是个新手，要开始开车了，阅读本文你会弄清楚或者再次回顾以下问题。

• 1、java的内存区域如何划分？
• 2、java中的引用有哪些？如何运用？
• 3、什么是内存泄露？内存泄露发生的场景有哪些？
• 4、Garbage Collector(垃圾回收器)什么是垃圾，什么是非垃圾？

看到这，如果你觉得有必要了解一下，请往下读，否则press back key!!!

问题1、java的内存区域如何划分？

有两种说法：
一种说法是分为:
堆（Heap），栈（Stacks）方法区（MethodArea），运行时常量池（RuntimeConstant
Pool），本地方法栈（NativeMethod Stacks），PC Register(PC寄存器)。是从抽象的JVM的角度去看的。
另一种说法是分为：堆（Heap），栈（Stacks），数据段（data segment），代码段（code segment）。则是从操作系统上的进程的角度去看的。

我们按照第一种说法简单看一下。

java内存划分.png

Heap/Stack
在这问题中，我们主要要弄清楚，什么是堆，什么是栈，堆栈内存有什么区别？

• Heap内存的分配也叫做动态内存分配，java中运行环境用来分配给对象和JRE类的内存都在堆内存，C/C++有时候可以用malloc或者new来申请分配一个内存。在C/C++可能需要自己负责释放（java里面直接依赖GC机制）。
• Stack内存是相对于线程Thread而言的, 在执行函数(方法)时，函数一些内部变量的存储都可以放在栈上面创建，函数执行结束的时候这些存储单元就会自动被释放掉。栈内存包括分配的运算速度很快，因为内置在处理器的里面的。当然容量有限。它保存线程中方法中短期存在的变量值和对Heap中对象的引用等.

区别：堆是不连续的内存区域，堆空间比较灵活也特别大。 栈式一块连续的内存区域，大小是有操作系统觉决定的。堆管理很麻烦，频繁地new/remove会造成大量的内存碎片，这样就会慢慢导致效率低下。对于栈的话，他先进后出，进出完全不会产生碎片，运行效率高且稳定。

我们通常说的内存泄露，GC，是针对Heap内存的. 因为Stack内存在函数出栈的时候就销毁了。
比如说这个类

public class People{
    int a = 1;
    Student s1 = new Student();
    public void XXX(){
        int b = 1;
        Student s2 = new Student();
    }
}

请问a的内存在哪里，b的内存在哪里，s1，s2的内存在哪里？记住下面两句话。

• 成员变量全部存储在堆中(包括基本数据类型，引用及引用的对象实体)，因为他们属于类，类对象最终还是要被new出来的。
• 局部变量的基本数据类型和引用存储于栈当中，引用的对象实体存储在堆中。因为他们属于方法当中的变量，生命周期会随着方法一起结束。

所以答案就是a，s1,s2对象都堆中，b和s2对象引用在栈中。

问题2、java中的引用有哪些？如何运用？

从JDK1.2版本开始，把对象的引用分为四种级别，从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这四种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用和虚引用。

• 强引用(StrongReference) 我们使用的大部分引用实际上都是强引用，这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。
• 软引用(SoftReference) 如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。
• 弱引用（WeakReference） 在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程， 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。 弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。
• 虚引用(PhantomReference) 如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。虚 引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是 否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //这就是一个强引用
        String str="hello";
        //现在我们由上面的强引用创建一个软引用,所以现在str有两个引用指向它
        SoftReference<String>  soft=new SoftReference<String>(str);
        str=null;
        //可以使用get()得到引用指向的对象
        System.out.println(soft.get());//输出hello

    }
}

public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        //这就是一个强引用
        String str="hello";
        ReferenceQueue<? super String> q=new ReferenceQueue<String>();
        //现在我们由上面的强引用创建一个虚引用,所以现在str有两个引用指向它
        PhantomReference<String>  p=new PhantomReference<String>(str, q);
        //可以使用get()得到引用指向的对象
        System.out.println(q.poll());//输出null
    }
}

下面再看一个，首先创建一个Store类，内部定义一个很大的数组，目的是创建对象时，会得到更多的内存，以提高回收的可能性！

public class Store {

    public static final int SIZE = 10000;
    private double[] arr = new double[SIZE];
    private String id;

    public Store() {

    }

    public Store(String id) {
        super();
        this.id = id;
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(id + "被回收了");
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return id;
    }

}

依次创建软引用，弱引用，虚引用个10个！

public class Demo3 {

    public static ReferenceQueue<Store> queue = new ReferenceQueue<Store>();

    public static void checkQueue()
    {
        if(queue!=null)
        {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            Reference<Store>  ref =(Reference<Store>)queue.poll();
            if(ref!=null)
                 System.out.println(ref+"......"+ref.get());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        HashSet<SoftReference<Store>> hs1 = new HashSet<SoftReference<Store>>();
        HashSet<WeakReference<Store>> hs2 = new HashSet<WeakReference<Store>>();

        //创建10个软引用
        for(int i=1;i<=10;i++)
        {
            SoftReference<Store> soft = new SoftReference<Store>(new Store("soft"+i),queue);
            System.out.println("create soft"+soft.get());
            hs1.add(soft);
        }
        System.gc();
        checkQueue();

        //创建10个弱引用
        for(int i=1;i<=10;i++)
        {
            WeakReference<Store> weak = new WeakReference<Store>(new Store("weak"+i),queue);
            System.out.println("create weak"+weak.get());
            hs2.add(weak);
        }

        System.gc();
        checkQueue();
        //创建10个虚引用
        HashSet<PhantomReference<Store>> hs3 = new HashSet<PhantomReference<Store>>();
        for(int i=1;i<=10;i++)
        {
            PhantomReference<Store> phantom = new PhantomReference<Store>(new Store("phantom"+i),queue);
            System.out.println("create phantom  "+phantom.get());
            hs3.add(phantom);
        }
        System.gc();
        checkQueue();
    }
}

程序执行结果：

输出结果.png

在Handler中或者图片的三级缓存是不是经常会有虚引用出现呢，所以，java四大引用还是了解一下为好。

问题3、什么是内存泄露？内存泄露发生的场景有哪些？

当一个对象已经不需要再使用了，本该被回收时，而有另外一个正在使用的对象持有它的引用，从而就导致对象不能被回收。这种导致了本该被回收的对象不能被回收而停留在堆内存中，就产生了内存泄漏。内存泄露问题，在下篇博客中会详细介绍把内存泄露抓出来。
内存泄露的场景有很多。

• 非静态内部类的静态实例
  由于内部类默认持有外部类的引用，而静态实例属于类。所以，当外部类被销毁时，内部类仍然持有外部类的引用，致使外部类无法被GC回收。因此造成内存泄露。

• 类的静态变量持有大数据对象
  静态变量长期维持到大数据对象的引用，阻止垃圾回收。

• 资源对象未关闭
  资源性对象如Cursor、Stream、Socket，Bitmap，应该在使用后及时关闭。未在finally中关闭，会导致异常情况下资源对象未被释放的隐患。

• 注册对象未反注册
  我们常常写很多的Listener,未反注册会导致观察者列表里维持着对象的引用，阻止垃圾回收。

• Handler临时性内存泄露
  Handler通过发送Message与主线程交互，Message发出之后是存储在MessageQueue中的，有些Message也不是马上就被处理的。

• Context泄露
  这个太多了，不细说，单利模式写的不恰当就属于这种。

场景还有很多，我水平有限，最好记住这些常见的场景，在一开始写代码的时候，就要规避这些问题。记不住也不要紧，我们关键要学会怎么去解决内存泄露。

问题4、Garbage Collector(垃圾回收器)什么是垃圾，什么是非垃圾？

• 什么是GC？
  GC 是 garbage collection 的缩写, 垃圾回收的意思. 也可以是 Garbage Collector, 也就是垃圾回收器.

垃圾回收机制有好几套算法，java语言规范没有明确的说明JVM 使用哪种垃圾回收算法，但是任何一种垃圾回收算法一般要做两件基本事情：（1）发现无用的信息对象；（2）回收将无用对象占用的内存空间。使该空间可被程序再次使用。

有一种算法是根搜索算法

Tracing Collector.jpg

根搜索算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC
ROOT开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。如果这个对象是引用可达的, 则称之为活的(live), 反之, 如果这个对象引用不可达, 则称之为死的(dead), 也可以称之为垃圾(garbage).这个引用可达与不可达就是相对于GC Root来说的，在上图中，左边4个对象就是活的，右边两个就是死的，也就是我们说的可以被回收的垃圾。

OK，到此为止，下篇介绍内存泄露检测工具Android monitor。