移动端专项测试-内存泄漏

Posted 2020-12-13 yyoba

何为内存泄漏？

内存泄露(Memory leak)，是指程序在向系统申请分配内存空间后(new)，在使用完毕后未释放。结果导致一直占据该内存单元，我们和程序都无法再使用该内存单元，直到程序结束，这是内存泄露。

JVM/ART

JVM（Java虚拟机）
是一个虚构出来的运行Java程序的运行时环境，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能的实现。它具有完善的硬件架构（如处理器、堆栈、寄存器等），还具有相应的指令系统，使用JVM就是使Java程序支持与操作系统无关。
理论上在任何操作系统中，只要有对应的JVM，即可运行Java程序。

ART（android虚拟机）
是在Android系统上运行Android程序的虚拟机，其指令集是基于寄存器架构的，执行特有的文件格式-dex字节码来完成对象生命周期管理、堆栈管理、线程管理、安全异常管理、垃圾回收等重要功能。
其实ART就是在JVM基础上专门为android移动设备定制的一套虚拟机方案。

内存区域分布

JAVA是在JVM所虚拟出的内存环境中运行的，JVM的内存可分为三个区：
堆(heap)、栈(stack)和方法区(method)。

栈(stack)
是简单的数据结构，但在计算机中使用广泛。栈最显著的特征是：LIFO(Last In, First Out, 后进先出),栈中只存放基本类型和对象的引用(不是对象)

堆(heap)
堆内存用于存放由new创建的对象和数组。在堆中分配的内存，由java虚拟机自动垃圾回收器来管理。JVM只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身。

方法区(method)
又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。方法区包含所有的class和static变量

内存泄漏原因分析

那么问题来了？究竟哪部分的内存会导致内存泄漏呢？
在JAVA中JVM的栈记录了方法的调用，每个线程拥有一个栈。

在线程的运行过程当中，执行到一个新的方法调用，就在栈中增加一个内存单元，即帧(frame)。在frame中，保存有该方法调用的参数、局部变量和返回地址。

然而JAVA中的局部变量只能是基本类型变量(int)，或者对象的引用。所以在栈中只存放基本类型变量和对象的引用。引用的对象保存在堆中。

当某方法运行结束时，该方法对应的frame将会从栈中删除，frame中所有局部变量和参数所占有的空间也随之释放。 线程回到原方法继续执行，当所有的栈都清空的时候，程序也就随之运行结束。

而对于堆内存，堆存放着普通变量。在JAVA中堆内存不会随着方法的结束而清空，所以在方法中定义了局部变量，在方法结束后变量依然存活在堆中。

综上所述，栈(stack)可以自行清除不用的内存空间。但是如果我们不停的创建新对象，堆(heap)的内存空间就会被消耗尽。所以内存泄漏会发生在堆区。

JAVA引入了垃圾回收(garbage collection，简称GC)去处理堆内存的回收。

垃圾回收机制

垃圾回收(garbage collection，简称GC)可以自动清空堆中不再使用的对象。

在JAVA中对象是通过引用使用的。如果再没有引用指向该对象，那么该对象就无从处理或调用该对象，这样的对象称为不可到达（unreachable）。

垃圾回收用于释放不可到达的对象所占据的内存。

根据上图可以知道：由于obj4没有root指向它，所以GC会释放它所占据的内存，obj7由于还有其他引用指向它，所以得不到释放（如果持有对象的引用，垃圾回收器是无法在内存中回收这个对象）

所以内存泄露的真因是：

持有对象的强引用，且没有及时释放，进而造成内存单元一直被占用，浪费空间，造成内存溢出

内存泄漏对应用的影响

内存泄漏对于app没有直接危害，即使有发现内存泄漏的情况，也不一定会立即引起app崩溃，但是通过累积效应，应用会爆出各种问题：
1、内存得不到释放，慢慢的会造成app内存溢出，导致崩溃
2、内存泄漏同时可能会触发系统频繁GC，发生内存抖动，会导致系统性能问题（卡顿不流畅）

测试场景选择

• 新页面打开
• 横竖屏切换
• 滑动屏幕

测试方式

有源码+Android Studio环境，借助Profiler

操作步骤:

• 打开App，进入到默认页面（首页），手动触发GC，记录此时的内存值
• 测试结束后，返回到默认页面，手动触发GC，同时记录此时的内存值
• 两者做比较，发现值存在较大差异，可以断言发生了内存泄漏
• 此时可以点击Dump Java Heap，收集此时的内存信息，完成之后会自动保存在后缀为hprof文件中
• 拿hprof文件做具体分析即可（可提交给开发）
  

无源码，有debug版本的APK包，借助DDMS工具

DDMS是Android SDK中自带的调试工具
需要注意的是：新版本的SDK中，DDMS工具已经集成到了Android device mointor中

操作步骤：

• 打开monitor.bat，链接设备
• 选择要调试的进程，打开调试App->进入到首页
• 点击Update heap->Cause GC,记录下此时data object这一栏数据
• 测试结束后，返回到默认页面，点击Cause GC，同时记录data object这一栏数据
• 前后两者做对比，发现值存在较大差异，可以断言发生了内存泄漏
• 此时点击Dump HPROF file按钮，获取保存有内存信息的hprof文件
• 拿hprof文件做具体分析即可（可提交给开发）
  

LeakCanary+Monkey（推荐）

LeakCanary是Square公司基于MAT开源的一个工具，用于检测Android App的内存泄漏，我们可以通过集成LeakCanary提供的jar包到自己的项目工程中，一旦检测到内存泄漏问题，LeakCanary会自动dump内存信息，通过另外一个进程分析内存泄漏信息并展示出来，可以随时发现和定位内存泄漏问题。

在测试过程中，我们可以结合Monkey健壮性测试工具自动化执行，测试结束后，LeakCanary自动展示内存泄漏问题：