AMS中关于内存回收的一些操作

Posted 2023-02-16 冬天的毛毛雨

作者：tracyliu

1.内存回收

当 android 应用程序退出时，并不清理其所占用的内存，Linux 内核进程也相应的继续存在，所谓“退出但不关闭”。从而使得用户调用程序时能够在第一时间得到响应。

当系统内存不足时，系统将激活内存回收过程。为了不因内存回收影响用户体验（如杀死当前的活动进程），

Android 基于进程中运行的组件及其状态规定了默认的五个回收优先级：

• IMPORTANCE_FOREGROUND:
• IMPORTANCE_VISIBLE:
• IMPORTANCE_SERVICE:
• IMPORTANCE_BACKGROUND；
• IMPORTANCE_EMPTY:

ActivityManagerService 中涉及到内存回收的几个重要的成员方法如下：

• activityIdleInternal()
• trimApplications()
• updateOomAdjLocked()

这几个成员方法主要负责 Android 默认的内存回收机制，若 Linux 内核中的内存回收机制没有被禁用，则跳过默认回收。

2.流程分析

2.1 回收动作入口：ActivityStackSupervisor:activityIdleInternalLocked

Android 系统中内存回收的触发点大致可分为三种情况：

1. 用户程序调用 StartActivity(), 使当前活动的 Activity 被覆盖； 在ActivityThread的handleResumeActivity中在looper中加入一个Idler，idler内部调用AMS中activityIdleInternal()
2. 用户按 back 键，退出当前应用程序；对应在AMS removeStask()等一些列调用
3. 启动一个新的应用程序。这些能够触发内存回收的事件最终调用的函数接口就是 activityIdleInternal()。

当 ActivityStackSupervisor接收到异步消息 IDLE_TIMEOUT_MSG 或者 IDLE_NOW_MSG 时，activityIdleInternal() 将会被调用。代码如下：

case IDLE_NOW_MSG: 
    activityIdleInternal((ActivityRecord)msg.obj);
 break;

---

case IDLE_TIMEOUT_MSG: 
    activityIdleInternal((ActivityRecord)msg.obj);
 break;

IDLE_NOW_MSG 由 Activity 的切换以及 Activiy 焦点的改变等事件引发，IDLE_TIMEOUT_MS在 Activity 启动超时的情况下引发，一般这个超时时间设为 10s，如果 10s 之内一个 Activity 依然没有成功启动，那么将发送异步消息 IDLE_TIMEOUT_MSG 进行资源回收。

activityIdleInternal() 的主要任务是改变系统中 Activity 的状态信息，并将其添加到不同状态列表中。

final ActivityRecord  activityIdleInternalLocked(final IBinder token, boolean fromTimeout,
        Configuration config) 
 
    ActivityRecord r = ActivityRecord.forTokenLocked(token);  
    if (allResumedActivitiesIdle()) 
            if (r != null) 
                mService.scheduleAppGcsLocked();  //scheduleAppGcsLocked       
            
        

		//处理需要finish的Activity
    for (int i = 0; i < NF; i++) 
        r = finishes.get(i);
        final ActivityStack stack = r.task.stack;
        if (stack != null) //
            activityRemoved |= stack.destroyActivityLocked(r, true, "finish-idle");
        
    
    mService.trimApplications(); //实际处理内存 trimApplications 最终会调到udateOomAdjLocked
    if (activityRemoved) 
        resumeFocusedStackTopActivityLocked();
    
    return r;

ActivityStackSupervisor：activityIdleInternalLocked其主要工作如下：

调用 scheduleAppGcsLocked() 方法通知所有进行中的任务进行垃圾回收。scheduleAppGcsLocked() 将进行调度 JVM 的 garbage collect，回收一部分内存空间，这里仅仅是通知每个进程自行进程垃圾检查并调度回收时间，而非同步回收。处理需要finish 和需要stop的Activity 对应NS NF。

scheduleAppGcsLocked 该方法分别在以下情况被调用

• ActivityStackSupervisor：activityIdleInternalLocked每次会调用scheduleAppGcsLocked；
• AMS：doLowMemReportIfNeededLocked lowmemory时候
• ActivityRecord：windowsVisibleLocked window可见变化
• BroadcastQueue：processNextBroadcast 处理完广播 size = 0

调用scheduleAppGcsLocked流程 最终走向 ActivityThread handleLowMemory()调用各级onLowMemory()，以及AT中的GCIdler。

判断mProcessesToGc数量大于0，发送GC_BACKGROUND_PROCESSES_MSG

   final void scheduleAppGcsLocked() 
       if (mProcessesToGc.size() > 0) 
           ProcessRecord proc = mProcessesToGc.get(0);
         //判断mProcessesToGc数量大于0，发送GC_BACKGROUND_PROCESSES_MSG
           Message msg = mHandler.obtainMessage(GC_BACKGROUND_PROCESSES_MSG);
           long when = proc.lastRequestedGc + GC_MIN_INTERVAL;
           long now = SystemClock.uptimeMillis();
           if (when < (now+GC_TIMEOUT)) 
               when = now + GC_TIMEOUT;
           
           mHandler.sendMessageAtTime(msg, when);
       
   

---

 final void performAppGcsIfAppropriateLocked() 
     if (canGcNowLocked())  //判断是否可以GC，根据广播 sleep 等判断
         performAppGcsLocked();
         return;
     
     // Still not idle, wait some more.
     scheduleAppGcsLocked();  //不可以则等待
 

performAppGcsLocked()，根据时间判断当前时间和上次时间+GC默认间隔做判断

final void performAppGcsLocked()  
      if (canGcNowLocked()) 
          while (mProcessesToGc.size() > 0) 
              ProcessRecord proc = mProcessesToGc.remove(0);
              if (proc.curRawAdj > ProcessList.PERCEPTIBLE_APP_ADJ || proc.reportLowMemory)
              //如果上次GC时间 + 最小GC间隔 小于等于 现在时间
                  if ((proc.lastRequestedGc+GC_MIN_INTERVAL)<= SystemClock.uptimeMillis()) 
                      // To avoid spamming the system, we will GC processes one
                      // at a time, waiting a few seconds between each.
                      performAppGcLocked(proc); //准备GC 这里最终会调到AT中的GCIdler
                      scheduleAppGcsLocked();//等待
                      return;
                  
              
          
      
  

performAppGcLocked中会判断当前进程是否LowMemory，如果是则会走ActivityThread handleLowMemory() ,否则对应ActivityThread中scheduleGcIdler()

 final void performAppGcLocked(ProcessRecord app) 
     try 
         app.lastRequestedGc = SystemClock.uptimeMillis();
         if (app.thread != null) 
             if (app.reportLowMemory) 
                 app.reportLowMemory = false;
                 app.thread.scheduleLowMemory();   //ActivityThread的 handleLowMemory()            
              else 
                 app.thread.processInBackground(); 
             
         
      catch (Exception e) 
     
 

AT#handleLowMemory() 最终调用到各级执行onLowMemory回调

处理了各级onLowMemory的回调，释放非system的sqlite 释放service，调用GC

final void handleLowMemory() 
     ArrayList<ComponentCallbacks2> callbacks = collectComponentCallbacks(true, null);
     final int N = callbacks.size();
     for (int i=0; i<N; i++) 
         callbacks.get(i).onLowMemory();//各级执行onLowMemory回调
     
     // Ask SQLite to free up as much memory as it can, mostly from its page caches.
     if (Process.myUid() != Process.SYSTEM_UID)  //释放sqlite
         int sqliteReleased = SQLiteDatabase.releaseMemory();
         EventLog.writeEvent(SQLITE_MEM_RELEASED_EVENT_LOG_TAG, sqliteReleased);
     
     // Ask graphics to free up as much as possible (font/image caches)
     Canvas.freeCaches();//释放canvas
     // Ask text layout engine to free also as much as possible
     Canvas.freeTextLayoutCaches();
     BinderInternal.forceGc("mem"); // 注意这里
 

上面performAppGcLocked(proc)最终会调到AT#scheduleGcIdler(),再消息队列里添加一个mGcIdler，mGcIdler是一个IdleHandler

void scheduleGcIdler() 
    if (!mGcIdlerScheduled) 
        mGcIdlerScheduled = true;
        Looper.myQueue().addIdleHandler(mGcIdler);
    

接下来可以看下doGcIfNeeded 根据上次GC的时间加上两次GC间隔的最小时间5s，判断当前是否要GC

void doGcIfNeeded() 
    mGcIdlerScheduled = false;
    final long now = SystemClock.uptimeMillis();
    if ((BinderInternal.getLastGcTime()+MIN_TIME_BETWEEN_GCS) < now) 
        BinderInternal.forceGc("bg");
    

2.2. 回收过程函数 trimApplications()

trimApplications()在系统中调用地方

1. ActivityStackSupervisor: activityIdleInternalLocked
2. AMS:activityStopped
3. AMS:setProcessLimit
4. AMS:unregisterReceiver
5. AMS:finishReceiver

trimApplications() 函数的结构如下 :

mRemovedProcesses 列表中主要包含了 crash 的进程、5 秒内没有响应并被用户选在强制关闭的进程、以及应用开发这调用 killBackgroundProcess 想要杀死的进程。调用 Process.killProcess 将所有此类进程全部杀死。

final void trimApplications() 
    synchronized (this) 
        int i;
        // First remove any unused application processes whose package has been removed.     
      for (i=mRemovedProcesses.size()-1; i>=0; i--) 
            final ProcessRecord app = mRemovedProcesses.get(i);
            if (app.activities.size() == 0 && app.curReceiver == null && app.services.size() == 0)              
                if (app.pid > 0 && app.pid != MY_PID) 
                    app.kill("empty", false);
                 else          
                        app.thread.scheduleExit();                
                
                cleanUpApplicationRecordLocked(app, false, true, -1, false/*replacingPid*/);
                mRemovedProcesses.remove(i);
                if (app.persistent) 
                    addAppLocked(app.info, false, null /* ABI override */);
                
            
        
        // Now update the oom adj for all processes.
        updateOomAdjLocked();
    

从上面代码中可以看出，进程被杀死的条件是：

1. 必须是非 persistent 进程，即非系统进程；
2. 必须是空进程，即进程中没有任何 activity 存在。如果杀死存在 Activity 的进程，有可能关闭用户正在使用的程序，或者使应用程序恢复的时延变大，从而影响用户体验；
3. 必须无 broadcast receiver。运行 broadcast receiver 一般都在等待一个事件的发生，用户并不希望此类程序被系统强制关闭；
4. 进程中 service 的数量必须为 0。存在 service 的进程很有可能在为一个或者多个程序提供某种服务，如GPS 定位服务。杀死此类进程将使其他进程无法正常服务。

2.3 updateOomAdjLocked

AMS相关各种操作都会碰到这个调用，主要在做了两个事情 一个就是更新各个进程adj， 另一个是最终调用到onTrimMemory；

ADJ级别

final boolean updateOomAdjLocked(ProcessRecord app) 
  
    final int cachedAdj = app.curRawAdj >= ProcessList.CACHED_APP_MIN_ADJ
            ? app.curRawAdj : ProcessList.UNKNOWN_ADJ;
  //判断是否updateOomAdj成功 当需要杀掉目标进程则返回false；否则返回true。 
    boolean success = updateOomAdjLocked(app, cachedAdj, TOP_APP, false，SystemClock.uptimeMillis());
    if (wasCached != app.cached || app.curRawAdj == ProcessList.UNKNOWN_ADJ) 
        // Changed to/from cached state, so apps after it in the LRU list may also be changed.
        updateOomAdjLocked();
    
    return success;

app.thread.scheduleTrimMemory

final void updateOomAdjLocked() 
   
    
     else 
        if (mLowRamStartTime != 0) 
            mLowRamTimeSinceLastIdle += now - mLowRamStartTime;
            mLowRamStartTime = 0;
        
        for (int i=N-1; i>=0; i--) 
            ProcessRecord app = mLruProcesses.get(i);
            if (allChanged || app.procStateChanged) 
                setProcessTrackerStateLocked(app, trackerMemFactor, now);
                app.procStateChanged = false;
            
            if ((app.curProcState >= ActivityManager.PROCESS_STATE_IMPORTANT_BACKGROUND
                    || app.systemNoUi) && app.pendingUiClean) 
                if (app.trimMemoryLevel < ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN
                        && app.thread != null) 
                    try 
                        if (DEBUG_SWITCH || DEBUG_OOM_ADJ) Slog.v(TAG_OOM_ADJ,
                                "Trimming memory of ui hidden " + app.processName
                                + " to " + ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN);
                        app.thread.scheduleTrimMemory(
                                ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN);
                     catch (RemoteException e) 
                    
                
                app.pendingUiClean = false;
            
            app.trimMemoryLevel = 0;
        
      

3.onLowMemory、 onTrimMemory优化

OnTrimMemory的主要作用就是指导应用程序在不同的情况下进行自身的内存释放，以避免被系统直接杀掉，提高应用程序的用户体验

OnTrimMemory：Android 4.0之后提供的API，系统会根据不同的内存状态来回调。根据不同的内存状态，来响应不同的内存释放策略。

onLowMemory()方法在使用过程只要低内存状态下,就会回调.

OnLowMemory：Android提供的API，在系统内存不足，所有后台程序（优先级为background的进程，不是指后台运行的进程）都被杀死时，系统会调用OnLowMemory。

onTrimMemory传入的几个内存级别释放内存：

• TRIM_MEMORY_RUNNING_MODERATE
  你的应用正在运行，并且不会被杀死，但设备已经处于低内存状态，并且开始杀死LRU缓存里的内存。(后台进程超过5个)，并且该进程优先级比较高，需要清理内存
• TRIM_MEMORY_RUNNING_LOW
  你的应用正在运行，并且不会被杀死，但设备处于内存更低的状态，所以你应该释放无用资源以提高系统性能(直接影响app性能)
• TRIM_MEMORY_RUNNING_CRITICAL
  你的应用还在运行，但系统已经杀死了LRU缓存里的大多数进程，所以你应该在此时释放所有非关键的资源。如果系统无法回收足够的内存，它会清理掉所有LRU缓存，并且开始杀死之前优先保持的进程，像那些运行着service的。(后台进程不足3个)，并且该进程优先级比较高，需要清理内存
• TRIM_MEMORY_BACKGROUND
  系统运行在低内存状态，并且你的进程已经接近LRU列表的顶端(即将被清理).虽然你的app进程还没有很高的被杀死风险，系统可能已经清理LRU里的进程，你应该释放那些容易被恢复的资源，如此可以让你的进程留在缓存里，并且当用户回到app时快速恢复.该进程是后台进程。
• TRIM_MEMORY_MODERATE
  系统运行在低内存状态，你的进程在LRU列表中间附近。如果系统变得内存紧张，可能会导致你的进程被杀死。并且该进程在后台进程列表的中部。
• TRIM_MEMORY_COMPLETE
  系统运行在低内存状态，如果系统没有恢复内存，你的进程是首先被杀死的进程之一。你应该释放所有不重要的资源来恢复你的app状态。该进程在后台进程列表最后一个，马上就要被清
• TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN：内存不足，并且该进程的UI已经不可见了。

onLowMemory、 onTrimMemory优化，需要释放什么资源？
在内存紧张的时候，会回调OnLowMemory/OnTrimMemory，需要在回调方法中编写释放资源的代码。
可以在资源紧张的时候，释放UI 使用的资源资：Bitmap、数组、控件资源。
注意回调时刻：
OnLowMemory被回调时，已经没有后台进程；而onTrimMemory被回调时，还有后台进程。
OnLowMemory是在最后一个后台进程被杀时调用，一般情况是low memory killer 杀进程后触发；而OnTrimMemory的触发更频繁，每次计算进程优先级时，只要满足条件，都会触发。
在Application、 Activity、Fragement、Service、ContentProvider中都可以重写回调方法，对OnLowMemory/OnTrimMemory进行回调，在回调方法中实现资源释放的实现。
以Activity为例，在Activity源码中能够看到对于onTrimMemory的定义，因此在回调的时候重写方法即可。

4.BinderInternal

BinderInternal内部有sGcWatchers对应一个runnable list，BinderInternal重写了finalize()方法。

根据JVM的原理，JVM垃圾回收器准备释放内存前，会先调用该对象finalize。

当执行GC的时候，会依次执行每个runnabe的run()方法，
并根据具体内存情况（3/4 davilk memory）进行操作。

public class BinderInternal 
    static WeakReference<GcWatcher> sGcWatcher
            = new WeakReference<GcWatcher>(new GcWatcher());
    static ArrayList<Runnable> sGcWatchers = new ArrayList<>(); //
    static Runnable[] sTmpWatchers = new Runnable[1]; //数组
    static long sLastGcTime;

    static final class GcWatcher 
        @Override
        protected void finalize() throws Throwable 
            handleGc();
            sLastGcTime = SystemClock.uptimeMillis();
            synchronized (sGcWatchers) 
                sTmpWatchers = sGcWatchers.toArray(sTmpWatchers);
            
            for (int i=0; i<sTmpWatchers.length; i++) 
                if (sTmpWatchers[i] != null) 
                    sTmpWatchers[i].run();
                
            
            sGcWatcher = new WeakReference<GcWatcher>(new GcWatcher());
            /*finallize方法最后重新创建了一个GcWatcher的弱引用。sGcWatcher是一个静态对象，
            如果它是一个强引用，那么他就会存在静态引用方法区，就会导致这个强引用的GC线程无法回收。
            所以作为弱引用，引用对象在被回收时就会触发sGcWatcher的finalize方法，执行结束时仔new一个弱引用出来，以保证下次的调用。*/
        
    

    public static void forceGc(String reason) 
        EventLog.writeEvent(2741, reason);
        VMRuntime.getRuntime().requestConcurrentGC();
    

5. 单个应用内存限制

Android 内存 - 获取单个应用内存限制

• adb shell getprop | grep dalvik.vm.heapgrowthlimit

ActivityManager activityManager =(ActivityManager)context.getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
``activityManager.getMemoryClass();
``activityManager.getLargeMemoryClass();
Runtime.getRuntime().maxMemory()

-dalvik.vm.heapstartsize

堆分配的初始大小，调整这个值会影响到应用的流畅性和整体ram消耗。这个值越小，系统ram消耗越慢，但是由于初始值较小，一些较大的应用需要扩张这个堆，从而引发gc和堆调整的策略，会应用反应更慢。

相反，这个值越大系统ram消耗越快，但是程序更流畅。

-dalvik.vm.heapgrowthlimit

受控情况下的极限堆（仅仅针对dalvik堆，不包括native堆）大小，dvm heap是可增长的，但是正常情况下dvm heap的大小是不会超过dalvik.vm.heapgrowthlimit的值（非正常情况下面会详细说明）。这个值控制那些受控应用的极限堆大小，如果受控的应用dvm heap size超过该值，则将引发oom（out of memory）。

-dalvik.vm.heapsize

不受控情况下的极限堆大小，这个就是堆的最大值。不管它是不是受控的。这个值会影响非受控应用的dalvik heap size。一旦dalvik heap size超过这个值，直接引发oom。

在android开发中，如果要使用大堆。需要在manifest中指定android:largeHeap为true。这样dvm heap最大可达dalvik.vm.heapsize。