Android内存优化内存抖动的概念和危害

内存抖动是一种内存管理的不良现象，它会影响应用的性能和稳定性。本文将从以下几个方面介绍内存抖动的定义、原因、后果和检测方法。

一、内存抖动的定义

内存抖动示例图

内存抖动是指内存频繁分配和回收导致的不稳定现象。在Java中，内存分配和回收是由垃圾回收器（GC）来管理的。GC会定期扫描内存中的对象，判断哪些对象是无用的，然后释放它们占用的空间。这个过程称为垃圾回收（GC）。

GC是一种有益的机制，它可以避免内存泄漏，提高内存利用率。但是，如果GC过于频繁或者耗时过长，就会影响应用的运行效率。当GC发生时，应用的线程会被暂停，等待GC完成后才能继续执行。这个过程称为GC停顿（GC Pause）。

如果应用中存在大量短期存在的对象，或者对象的生命周期不一致，就会导致内存分配和回收的次数增加，从而增加GC的频率和时间。这就是内存抖动的本质。

二、内存抖动的原因

导致内存抖动的原因有很多，这里列举一些常见的场景：

• 字符串拼接：字符串是不可变的对象，每次拼接字符串都会创建一个新的字符串对象，并且丢弃旧的字符串对象。这样就会产生大量短期存在的字符串对象，增加GC的压力。例如：

// 以下代码会创建5个字符串对象："Hello"、"World"、"Hello World"、"!"、"Hello World!"
String s = "Hello" + "World" + "!";

• 资源复用：如果没有正确地复用资源，比如Bitmap、Drawable、File等，就会导致资源被重复创建和销毁，占用更多的内存空间，并且触发更多的GC。例如：

// 以下代码每次都会创建一个新的Bitmap对象，并且在使用完毕后立即回收
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.image);
imageView.setImageBitmap(bitmap);
bitmap.recycle();

• 不合理的对象创建：如果在循环或者频繁调用的方法中创建了不必要的对象，或者使用了不合适的数据结构，就会导致内存分配和回收的次数增加，造成内存抖动。例如：

// 以下代码每次都会创建一个新的ArrayList对象，并且在方法返回后立即被回收
public List<String> getNames() {
    List<String> names = new ArrayList<>();
    names.add("Alice");
    names.add("Bob");
    names.add("Charlie");
    return names;
}

四、内存抖动的后果

内存抖动会给应用带来以下几种负面影响：

• 频繁GC：当内存分配和回收过于频繁时，GC就会更加频繁地执行，消耗更多的CPU资源，并且影响应用线程的执行。
• 内存曲线呈锯齿状：当内存分配和回收不平衡时，内存使用量就会呈现出波动性，上下起伏，形成锯齿状。这样就会增加OOM（Out Of Memory）错误发生的风险。
• 页面卡顿：当GC停顿时间过长时，应用线程就会被暂停，导致页面的渲染和交互出现延迟，用户感受到卡顿现象。

五、内存抖动的检测

要检测应用是否存在内存抖动，可以使用一些工具来监控和识别内存抖动。例如：

• Memory Profiler：Memory Profiler是Android Studio中的一个工具，它可以实时显示应用的内存使用情况，包括内存分配、回收、泄漏等。通过Memory Profiler，可以观察到内存抖动的现象，比如内存曲线的锯齿状，以及GC的频率和时间。
• Allocation Tracker：Allocation Tracker是Memory Profiler中的一个功能，它可以记录应用在一段时间内创建的所有对象，以及它们的类型、大小、数量等。通过Allocation Tracker，可以找出应用中产生内存抖动的代码，比如字符串拼接、资源复用、不合理的对象创建等。

以下是一个使用Memory Profiler和Allocation Tracker检测内存抖动的示例图：

检测路径

六、常见的内存优化方式

①、避免字符串拼接：

字符串拼接是一种非常低效的操作，它会产生大量无用的字符串对象，增加GC的压力。为了避免字符串拼接，可以使用以下几种方法：

1.StringBuilder：

StringBuilder是一个可变的字符串类，它可以在不创建新对象的情况下，对字符串进行修改和拼接。使用StringBuilder可以大大减少字符串对象的创建和回收。例如：

// 以下代码只会创建一个StringBuilder对象和一个字符串对象："Hello World!"
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append("Hello");
    sb.append("World");
    sb.append("!");
    String s = sb.toString();

2.String.format：

String.format是一个静态方法，它可以根据指定的格式化字符串和参数，生成一个新的字符串对象。使用String.format可以避免在循环中拼接字符串，提高代码的可读性和性能。例如：

// 以下代码只会创建一个字符串对象："Hello World!"
String s = String.format("%s %s!", "Hello", "World");

3.资源文件：

资源文件是一种存储在应用中的文本文件，它可以用来保存一些常量或者多语言的字符串。使用资源文件可以避免在代码中硬编码字符串，减少字符串对象的创建和回收。例如：

<!-- 以下代码是一个资源文件（res/values/strings.xml）中的一段内容 -->
    <resources>
        <string name="hello_world">Hello World!</string>
    </resources>

// 以下代码只会创建一个字符串对象："Hello World!"
    String s = getResources().getString(R.string.hello_world);

②、资源复用： 资源复用是一种有效的优化内存抖动的方法，它可以减少资源的创建和销毁，提高内存利用率。为了实现资源复用，可以使用以下几种方法： 1.对象池： 对象池是一种设计模式，它可以用来管理一组可重用的对象，而不是每次都创建和销毁对象。当需要一个对象时，可以从对象池中获取一个空闲的对象，使用完毕后，可以将对象归还到对象池中，等待下次使用。这样就可以避免频繁的内存分配和回收，减少GC的压力。例如：

// 以下代码是一个简单的Bitmap对象池的实现
    public class BitmapPool {
        // 一个存储Bitmap对象的队列
        private Queue<Bitmap> queue;
        // 对象池的最大容量
        private int capacity;

        // 构造方法，初始化队列和容量
        public BitmapPool(int capacity) {
            this.queue = new LinkedList<>();
            this.capacity = capacity;
        }

        // 从对象池中获取一个Bitmap对象，如果没有空闲的对象，就返回null
        public Bitmap getBitmap() {
            return queue.poll();
        }

        // 将一个Bitmap对象归还到对象池中，如果对象池已满，就回收该对象
        public void returnBitmap(Bitmap bitmap) {
            if (queue.size() < capacity) {
                queue.offer(bitmap);
            } else {
                bitmap.recycle();
            }
        }
    }

2.复用参数： 复用参数是一种避免在方法中创建不必要的对象的方法，它可以将一些可变的参数作为方法的输入和输出，而不是在方法内部创建新的对象。这样就可以减少对象的创建和回收，提高代码的效率。例如：

// 以下代码是一个计算两个向量之间夹角的方法，它使用了一个复用参数result来存储计算结果，而不是在方法内部创建一个新的float数组
    public void calculateAngle(float[] vector1, float[] vector2, float[] result) {
        // 计算两个向量的点积
        float dotProduct = vector1[0] * vector2[0] + vector1[1] * vector2[1];
        // 计算两个向量的模长
        float length1 = (float) Math.sqrt(vector1[0] * vector1[0] + vector1[1] * vector1[1]);
        float length2 = (float) Math.sqrt(vector2[0] * vector2[0] + vector2[1] * vector2[1]);
        // 计算两个向量之间的夹角（弧度）
        float angle = (float) Math.acos(dotProduct / (length1 * length2));
        // 将计算结果存储在复用参数result中
        result[0] = angle;
    }

③、合理的对象创建： 合理的对象创建是一种避免内存抖动的基本原则，它要求我们在编写代码时，尽量减少不必要的对象创建，或者使用更合适的数据结构。为了实现合理的对象创建，可以遵循以下几个建议： 1.避免在循环或者频繁调用的方法中创建对象： 如果在循环或者频繁调用的方法中创建了不必要的对象，就会导致内存分配和回收过于频繁，造成内存抖动。因此，在编写代码时，应该尽量将对象的创建放在循环或者方法之外，或者使用静态变量或者成员变量来保存对象。例如：

// 以下代码是一个计算斐波那契数列第n项的方法，它使用了一个BigInteger数组来存储中间结果，但是每次调用该方法都会创建一个新的数组对象
    public BigInteger fibonacci(int n) {
        // 创建一个BigInteger数组，用来存储中间结果
        BigInteger[] array = new BigInteger[n + 1];
        // 初始化数组的第0项和第1项
        array[0] = BigInteger.ZERO;
        array[1] = BigInteger.ONE;
        // 从第2项开始，计算斐波那契数列
        for (int i = 2; i <= n; i++) {
            // 使用数组的前两项相加，得到当前项
            array[i] = array[i - 1].add(array[i - 2]);
        }
        // 返回数组的最后一项，即斐波那契数列的第n项
        return array[n];
    }

// 以下代码是一个优化后的计算斐波那契数列第n项的方法，它使用了一个静态变量来保存BigInteger数组，避免了每次调用该方法都创建一个新的数组对象
    public class FibonacciCalculator {
        // 创建一个静态变量，用来存储BigInteger数组
        private static BigInteger[] array;

        // 计算斐波那契数列第n项的方法
        public static BigInteger fibonacci(int n) {
            // 如果静态变量为空，或者长度不足，就重新创建一个新的数组对象，并初始化第0项和第1项
            if (array == null || array.length < n + 1) {
                array = new BigInteger[n + 1];
                array[0] = BigInteger.ZERO;
                array[1] = BigInteger.ONE;
            }
            // 从第2项开始，计算斐波那契数列
            for (int i = 2; i <= n; i++) {
                // 如果当前项为null，就使用数组的前两项相加，得到当前项
                if (array[i] == null) {
                    array[i] = array[i - 1].add(array[i - 2]);
                }
            }
            // 返回数组的最后一项，即斐波那契数列的第n项
            return array[n];
        }
    }

④、使用合适的数据结构： 如果使用了不合适的数据结构，就会导致内存分配和回收不平衡，或者浪费内存空间，造成内存抖动。因此，在编写代码时，应该根据实际需求，选择合适的数据结构。例如： 1.使用基本类型而不是包装类型： 基本类型（如int、float、boolean等）是直接存储在栈上的，它们不需要创建对象，也不会触发GC。而包装类型（如Integer、Float、Boolean等）是存储在堆上的对象，它们需要创建对象，并且会触发GC。因此，在可能的情况下，应该优先使用基本类型而不是包装类型。例如：

// 以下代码使用了包装类型Integer来存储一个整数值，这会导致内存分配和回收
        Integer value = new Integer(100);

// 以下代码使用了基本类型int来存储一个整数值，这会避免内存分配和回收
        int value = 100;

2.使用SparseArray而不是HashMap： SparseArray是Android中提供的一种数据结构，它可以用来存储键值对，其中键是int类型，值是任意类型。SparseArray比HashMap更节省内存空间，因为它不需要创建额外的对象来保存键值对。因此，在可能的情况下，应该优先使用SparseArray而不是HashMap。例如：

// 以下代码使用了HashMap来存储一些键值对，其中键是int类型，值是String类型，这会导致内存分配和回收
        HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
        map.put(1, "Alice");
        map.put(2, "Bob");
        map.put(3, "Charlie");

// 以下代码使用了SparseArray来存储一些键值对，其中键是int类型，值是String类型，这会避免内存分配和回收
        SparseArray<String> array = new SparseArray<>();
        array.put(1, "Alice");
        array.put(2, "Bob");
        array.put(3, "Charlie");

⑤、使用数组而不是集合： 数组是一种固定长度的数据结构，它可以用来存储一组相同类型的元素。数组比集合（如ArrayList、LinkedList等）更节省内存空间，因为它不需要创建额外的对象来保存元素。因此，在可能的情况下，应该优先使用数组而不是集合。例如：

// 以下代码使用了ArrayList来存储一组整数值，这会导致内存分配和回收
    ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);

// 以下代码使用了数组来存储一组整数值，这会避免内存分配和回收
    int[] array = new int[3];
    array[0] = 1;
    array[1] = 2;
    array[2] = 3;