优化安卓应用内存的神奇方法以及背后的原理，一般人我不告诉他

Posted 2020-09-18 brucemengbm

安卓应用一般都害怕自己被杀。内存占用高是被杀的重要原因之中的一个。所以大家都想尽各种招数应对，但效果都一般。

但有一招：

WindowManagerGlobal.getInstance().startTrimMemory(TRIM_MEMORY_COMPLETE);

差点儿没有人提及。这段时间tos的实战，在通知栏和桌面都有尝试，发现效果还不错，但要掌握好这个函数的使用方法。须要细致理解背后的原理，毕竟这个调用相当于在局部时间内让应用的一系列GPU缓存被清理。相当于硬件加速失效。

文章分三大部分，第一大部分用简单的方式描写叙述安卓绘制系统框架。第二大部分说明绘制过程中GPU产生缓存的原因。

第三大部分说明startTrimMemory可以清理的GPU缓存以及一些误区。

（一）简单介绍安卓绘制系统框架

安卓绘制系统比較复杂。网上非常多文章讲得非常细，但不easy抓住核心要点，事实上我们仅仅要抓到12个关键的相应关系和概念，就能够掌握清晰基本框架，对debug和性能优化都有价值。

1）一个activity相应一个window。当然。没有activity耶能够有window，比方通知栏，window大家都知道。有各种属性。比方层次。位置等等

2）一个window相应一个surface。surface事实上就是一个对graphic buffer进行管理的对象

3）surface的创建是请求surfaceflinger完毕的。事实上相应的是一块graphicbuffer，gpu和cp都能訪问到

4）window上能够有非常多的view，能够是一棵view的tree。对于activity来说，顶部的view就是DecorView，activity上全部的view都相应同一个surface

5）相比activity里的view。surfaceview(glsurfaceview)会有自己独立的surface。有自己独立的处理线程。与activity的surface不是同一个

6）activity的view的绘制（打开硬件加速的情况下），事实上就是在一个surface上的绘制，终于通过hwui这个so完毕，这是在应用端进行的。不是在surfaceflinger这一側。hwui是硬件绘制的关键库。最关键的是hwui里有一系列GPU缓存，避免在绘制的时候又一次再上传图片纹理等GPU绘制相关的数据

7）各个surface另一个合成的过程。这是在surfaceflinger中完毕的

8）每一次activity的view的绘制和surface的合成，都是通过vsync信号触发的，vsync每16.6毫秒触发一次

9）surfaceview（glsurfaceview）的绘制能够不通过vsync来同步，自己的线程独立控制节奏，可是绘制之后的surface的合成。由surfaceflinger统一进行

10）应用側的surface。不管是view还是surface view相应的，绘制完成之后。通过eglwapbuffer的方法，将graphicbuffer queue回给surfaceflinger（surfaceflinger合成完成之后，会上屏，之后会释放出来。让应用側能够又一次使用这些buffer）

11）view做动画的时候，假设子view没有刷新，子view的ondraw能够不被触发，这是动画过程性能高效的一个关键点。以view的hardware layer缓存总体做动画就可以，在view做动画的时候假设触发了子view的又一次绘制，绘制效率就会减少

12) 眼下主流安卓手机。GPU和CPU会共享内存。GPU占用内存多了。留给CPU的就会对应降低，每一个进程GPU占用的内存，也会被统计到各个进程的总内存其中，会影响到low memory killer的策略

另外一张图大致也能够反映出上面的12个关键描写叙述的部分体系结构

（二）canvas 绘制bitmap 导致的GPU缓存（俗称GPU内存泄漏）

大家肯定感兴趣，一个bitmap。是怎样绘制到屏幕上的view的绘制代码里会触发canvas.drawBitmap，硬件加速打开的话。canvas事实上就是GLES20RecordingCanvas，GLES20RecordingCanvas的父类是GLES20Canvas。

我们看看GLES20Canvas的GLES20Canvas::DrawBitmap的代码：

@Override public void drawBitmap(Bitmap bitmap, float left, float top, Paint paint) { throwIfCannotDraw(bitmap); // Shaders are ignored when drawing bitmaps int modifiers = paint != null ? setupModifiers(bitmap, paint) : MODIFIER_NONE; try {     final int nativePaint = paint == null ? 0 : paint.mNativePaint;     nDrawBitmap(mRenderer, bitmap.mNativeBitmap, bitmap.mBuffer, left, top, nativePaint); } finally {     if (modifiers != MODIFIER_NONE) nResetModifiers(mRenderer, modifiers); } }

GLES20Canvas相应的native代码是android_view_GLES20Canvas.cpp，android_view_GLES20Canvas_drawBitmap 就是nDrawBitmap的详细实现。

static void android_view_GLES20Canvas_drawBitmap(JNIEnv* env, jobject clazz, OpenGLRenderer* renderer, SkBitmap* bitmap, jbyteArray buffer, float left, float top, SkPaint* paint) { // This object allows the renderer to allocate a global JNI ref to the buffer object. JavaHeapBitmapRef bitmapRef(env, bitmap, buffer); renderer->drawBitmap(bitmap, left, top, paint); }

这里已经非常明白。canvas的drawbitmap事实上调用的就是hwui里的OpenGLRenderer的drawBitmap，我们看看里面做了什么事情。

status_t OpenGLRenderer::drawBitmap(SkBitmap* bitmap, float left, float top, SkPaint* paint) { const float right = left + bitmap->width(); const float bottom = top + bitmap->height(); if (quickReject(left, top, right, bottom)) { return DrawGlInfo::kStatusDone; } mCaches.activeTexture(0); Texture* texture = getTexture(bitmap); if (!texture) return DrawGlInfo::kStatusDone; const AutoTexture autoCleanup(texture); if (CC_UNLIKELY(bitmap->getConfig() == SkBitmap::kA8_Config)) { drawAlphaBitmap(texture, left, top, paint); } else { drawTextureRect(left, top, right, bottom, texture, paint); }

hwui有TextureCache对象，将绘制的bitmap缓存在gpu纹理里，这样下次假设有反复的。就能够直接使用来进行绘制，避免再次上传纹理。

假设TextureCache里没有相关bitmap的缓存，TextureCache就会创建bitmap的纹理缓存，假设缓存空间不够了，TextureCache就会移除最老的bitmap的缓存，释放空间給新的bitmap做缓存。

Texture* TextureCache::get(SkBitmap* bitmap) { Texture* texture = mCache.get(bitmap); if (!texture) { if (bitmap->width() > mMaxTextureSize || bitmap->height() > mMaxTextureSize) {     ALOGW("Bitmap too large to be uploaded into a texture (%dx%d, max=%dx%d)",             bitmap->width(), bitmap->height(), mMaxTextureSize, mMaxTextureSize);     return NULL; } const uint32_t size = bitmap->rowBytes() * bitmap->height(); // Don‘t even try to cache a bitmap that‘s bigger than the cache if (size < mMaxSize) {     while (mSize + size > mMaxSize) {         mCache.removeOldest();     } } texture = new Texture(); texture->bitmapSize = size; generateTexture(bitmap, texture, false); if (size < mMaxSize) {     mSize += size;     TEXTURE_LOGD("TextureCache::get: create texture(%p): name, size, mSize = %d, %d, %d",              bitmap, texture->id, size, mSize);     if (mDebugEnabled) {         ALOGD("Texture created, size = %d", size);     }     mCache.put(bitmap, texture); } else {     texture->cleanup = true; } } else if (bitmap->getGenerationID() != texture->generation) { generateTexture(bitmap, texture, true); } return texture; }

有意思的是TextureCache怎样知道是同一个bitmap，这个依赖于LRUCache，TextureCache里的成员变量mCache，这个LRUCache中，bitmap相当于是key。这意味着什么？意味着假设你的bitmap没有复用，每次对象都不一样的话，必定会在gpu空间产生一份拷贝。

即使你是一位优秀的android开发。很注意回收bitmap，gpu空间依旧会有占用，由于在bitmap的回收函数中。并没有对主动清除TextureCache的调用。

当一个canvas重复被触发绘制的时候。内存监測工具依旧能够发现内存泄漏，GPU的缓存不断上涨就是一个非常有可能的原因。

那系统什么时候能够释放？

（三）系统怎样释放GPU缓存

系统会在什么时候释放这些GPU缓存呢？通常是在ActivityManagerService（AMS）里。当应用切换的时候。AMS就会触发trimApplication函数。trimApplication调用的updateOomAdjLocked里会有例如以下的清除缓存的过程：

这个能够看出：

1. 系统会在某个时候清除hwui里申请的GPU缓存

   
   

2.在后台时间越久的进程越easy被清理。排在最后的能够被深度清理，详细代码在hardwarerender.java里：

static void startTrimMemory(int level) {     if (sEgl == null || sEglConfig == null) return;     Gl20RendererEglContext managedContext =             (Gl20RendererEglContext) sEglContextStorage.get();     // We do not have OpenGL objects     if (managedContext == null) {         return;     } else {         usePbufferSurface(managedContext.getContext());     }     if (level >= ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_COMPLETE) {         GLES20Canvas.flushCaches(GLES20Canvas.FLUSH_CACHES_FULL);     } else if (level >= ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN) {         GLES20Canvas.flushCaches(GLES20Canvas.FLUSH_CACHES_MODERATE);     } }

GLES20的flushCaches本质上还是调用了hwui的Caches.cpp的操作函数Caches::flush(FlushMode mode)

void Caches::flush(FlushMode mode) { FLUSH_LOGD("Flushing caches (mode %d)", mode); // We must stop tasks before clearing caches if (mode > kFlushMode_Layers) { tasks.stop(); } switch (mode) { case kFlushMode_Full:     textureCache.clear();     patchCache.clear();     dropShadowCache.clear();     gradientCache.clear();     fontRenderer->clear();     fboCache.clear();     dither.clear();     // fall through case kFlushMode_Moderate:     fontRenderer->flush();     textureCache.flush();     pathCache.clear();     // fall through case kFlushMode_Layers:     layerCache.clear();     renderBufferCache.clear();     break; } clearGarbage(); }

GLES20Canvas.flushCaches(GLES20Canvas.FLUSH_CACHES_FULL) 相应的是kFlushMode_Full，这个清理的程度最深

GLES20Canvas.flushCaches(GLES20Canvas.FLUSH_CACHES_MODERATE)相应的是kFlushMode_Moderate

GLES20Canvas.flushCaches(GLES20Canvas.FLUSH_CACHES_LAYERS)相应的是kFlushMode_Layers

关于kFlushMode_Layers，我们要小心。

当我们往windowmanager里addview之后，假设做了removeView。并不会释放view里的texture cache，可是会触发GLES20Canvas.flushCaches(GLES20Canvas.FLUSH_CACHES_LAYERS)，清除layer cache。在之前的工作中，团队曾有讨论，觉得removeView能够充分释放GPU缓存，这个结论是不准确的。近期有位同学研究的非常深入，他的demo和源代码走读证明了removeView仅仅会释放layer cache，并没有触发纹理缓存的回收，这意味着什么？意味通知系统动态addView－>显示 －>removeView的过程依旧会导致GPU内存逐步上涨。系统剩余内存越来越少的情况，直到系统AMS触发startTrimMemory后，内存才会被回收一些。

总结一下：应用开发人员调用startTrimMemory会帮助app或者系统很多其它的释放内存，降低内存压力，可是调用的位置和时机要谨慎，由于清除了缓存。在下一次绘制（vsync的下一个信号到来）的时候绘制效率不会非常高。

作者简单介绍

 黄石柱 MIG智能平台产品部终端开发组副总监10年的移动端软件研发经验，4年腾讯终端开发经验。在腾讯主导设计研发tita(tos前身），魅拍等多款产品，眼下正在深入tos的研发以及虚拟现实技术的研发，在安卓操作系统，多媒体技术上有不错的积累,开发公司级课件《深入安卓省电十大困惑》。