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谷歌:使用 -Android-Studio-Profiler- 工具解析应用的内存和 -CPU- 使用数据

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发布于: 8 小时前


此时如果有检查到 Activity 或 Fragment 的泄漏,就会在界面中显示出来。


Memory Profiler 通过以下几种场景来判断泄漏是否发生:


当我们销毁了一个 Activity 的实例后,这个实例就再也不会被使用了。此时如果仍然有这个 Activity 的引用,Memory Profiler 就会认为它已经泄漏;


Fragment 的实例应当与一个 Fragment Manager 相关联,如果我们看到一个 Fragment 没有关联任何一个 Fragment Manager,而且它依然被引用时,也可以认为有泄漏发生。


不过要注意的是,针对 Fragment 有个特别的情况:?如果您载入的 Heap Dump 的时机,刚好介于 Fragment 被创建和被使用的时间之间,就会造成 Memory Profiler 误报;相同情况也会发生在 Fragment 被缓存但是没有被复用的时候。


其他内存泄漏检测


Memory Profiler 也可以用于检查其他类型的泄漏,它提供了许多信息,用于帮助您识别内存泄漏是否发生。


当您拿到一段 Heap Dump 之后,Memory Profiler 会展示出类的列表。对于每个类,"Allocation"?这一列显示的是它的实例数量。而在它右边则依次是 "Native Size"、"Shallow Size"?和 "Retained Size":



这几组数据分别意味着什么呢?下面我会通过一个例子来说明。


我们用下图来表示某段 Heap Dump 记录的应用内存状态。注意红色的节点,在这个示例中,这个节点所代表的对象从我们的工程中引用了 Native 对象:



这种情况不太常见,但在 Android 8.0 之后,使用 Bitmap 便可能产生此类情景,因为 Bitmap 会把像素信息存储在原生内存中来减少 JVM 的内存压力。


先从 "Shallow Size" 讲起,这列数据其实非常简单,就是对象本身消耗的内存大小,在上图中,即为红色节点自身所占内存。


而 "Native Size"?同样也很简单,它是类对象所引用的 Native 对象 (蓝色节点) 所消耗的内存大小:



"Retained Size" 稍复杂些,它是下图中所有橙色节点的大小:



由于一旦删除红色节点,其余的橙色节点都将无法被访问,这时候它们就会被 GC 回收掉。从这个角度上讲,它们是被红色节点所持有的,因此被命名为 "Retained Size"。


还有一个前面没有提到的数据维度。当您点击某个类名,界面中会显示这个类实例列表,这里有一列新数据 —— "Depth":



"Depth"?是从 GC Root 到达这个实例的最短路径,图中的这些数字就是每个对象的深度 (Depth):



一个对象离 GC Root 越近,它就越有可能与 GC Root 有多条路径相连,也就越可能在垃圾回收中被保存下来。


以红色节点为例,如果从其左边来的任何一个引用被破坏,红色节点就会变成不可访问的状态并且被垃圾回收回收掉。而对于右边的蓝色节点来说,如果您希望它被垃圾回收,那您需要把左右两边的路径都破坏才行。


值得警惕的是,如果您看到某个实例的 "Depth"?为 1 的话,这意味着它直接被 GC root 引用,同时也意味着它永远不会被自动回收。


下面是一个示例 Activity,它实现了 LocationListener 接口,高亮部分代码 "requestLocationUpdates" 将会使用当前 Activity 实例来注册 locationManager。如果您忘记注销,这个 Activity 就会泄漏。它将永远都待在内存里,因为位置管理器是一个 GC root,而且永远都存在:



您能在 Memory Profiler 中查看这一情况。点击一个实例,Memory Profiler 将会打开一个面板来显示谁正在引用这个实例:



我们可以看到位置管理器中的 mListener 正在引用这个 Activity。您可以更进一步,通过引用面板导航至堆的引用视图,它可以让您验证这条引用链是否是您所预期的,也能帮您理解代码中是否有泄漏以及哪里有泄漏。

CPU Profiler

和 Memory Profiler 类似,CPU Profiler 提供了从另一个角度记录和分析应用关键性能数据的方法。


使用 CPU Profiler,首先要产生一些 CPU 的使用记录:


进入 Android Studio 中的 CPU Profiler 界面,在您的应用已经部署的前提下,点击 "Record"?按钮;


在应用中进行您想要分析的操作;


返回 CPU Profiler,点击 "Stop"?按钮。


由于最终呈现的数据是基于线程组织的,所以去观察数据之前,您应该确认是否选择了正确的线程:



我们这里所获得的 CPU 使用记录信息,其实是一个 System Trace 实例的调用栈集合 (下文统称 "调用栈")。而就算是很短的 CPU 使用记录,也会包含巨量的信息,同时这些信息也是人无法读懂的。所以 CPU Profiler 提供了一些工具来可视化这些数据。


Call Chart


在 CPU Profiler 界面下半部,有四个标签页,分别对应四个不同的数据图表,它们分别是: Call Chart、Flame Chart、Top Down 和 Bottom Up。其中的 Call Chart 可能是最直白的一个,它基本上就是一个调用栈的重新组织和可视化呈现:



Call Chart 横轴就是时间线,用来展示方法开始与结束的确切时间,纵轴则自上而下展示了方法间调用和被调用的关系。Call Chart 已经比原数据可读性高很多,但它仍然不方便发现那些运行时间很长的代码,这时我们便需要使用 Flame Chart。


Flame Chart


Flame Chart 提供了一个调用栈的聚合信息。与 Call Chart 不同的是,它的横轴显示的是百分比数值。由于忽略了时间线信息,Flame Chart 可以展示每次调用消耗时间占用整个记录时长的百分比。同时纵轴也被对调了,在顶部展示的是被调用者,底部展示的是调用者。此时的图表看起来越往上越窄,就好像火焰一样,因此得名:



Flame Chart 是基于 Call Chart 来重新组织信息的。从 Call Chat 开始,合并相同的调用栈,以耗时由长至短对调用栈进行排序,就获得了 Flame Chart:



对比两种图表不难看出,左边的 Call Chart 有详细的时间信息,可以展示每次调用是何时发生的;右边的 Flame Chart 所展示的聚合信息,则有助于发现一个总耗时很长的调用路径:


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Top Down Tree


前面介绍的两种图表,可以帮助我们从两种角度纵览全局。而如果我们需要更精确的时间信息,就需要使用 Top Down Tree。在 CPU Profiler 中,Top Down 选项卡展示的是一个数据表格,为了便于理解其中各组数据的意义,接下来我们会尝试构建一个 Top Down Tree。


构建一个 Top Down Tree 并不复杂。以 Flame Chart 为基础,您只需要从调用者开始,持续添加被调用者作为子节点,直到整个 Flame Chart 被遍历一遍,您就获得了一个 Top Down Tree:



对于每个节点,我们关注三个时间信息:


Self Time —— 运行自己的代码所消耗的时间;


Children Time —— 调用其他方法的时间;


Total Time —— 前面两者时间之和。


有了 Top Down Tree,我们能轻易将这三组信息归纳到一个表格之中:



下面我们来看一看这些时间信息是怎么计算的。左手边是和前面一样的 Flame Chart 示例。右边则是一个 Top Down Tree。


我们从 A 节点开始:


A 消耗了 1 秒钟来运行自己的代码,所以 Self Time 是 1;


然后它消耗了 9 秒中去调用其他方法,这意味着它的 Children Time 是 9;


这样就一共消耗了 10 秒钟,Total Time 是 10;


B 和 D 以此类推...


值得注意的是,D 节点只是调用了 C,自己没做任何事,这种情况在方法封装时很常见。所以 D 的 Children Time 和 Total Time 都是 2。


下面是表格完全展开的状态。当您在 Android Studio 中分析应用时,CPU Profiler 会完成上面所有的计算,您只要理解这些数字是怎么产生的即可:



对比左右两边: Flame Chart 比较便于发现总耗时很长的调用链,而 Top Down Tree 则方便观察其中每一步所消耗的精确时间。作为一个表格,Top Down Tree 也支持按单独维度进行排序,这点同样非常实用。


Bottom Up Tree


当您希望方便地找到某个方法的调用栈时,Bottom Up Tree 就派上用场了。"树" 如其名,Bottom Up Tree 从底部开始构建,这样我们就能通过在节点上不断添加调用者来反向构建出树。由于每个独立节点都可以构建出一棵树,所以这里其实是森林 (Forest):



让我们再做些计算来搞定这些时间信息。


表格有四行,因为我们有四个树在森林中。从节点 C 开始:


Self Time 是 4 + 2 = 6 秒钟;


C 没有调用其他方法,所以 Children Time 是 0;


前面两者相加,总时间为 6 秒钟。


看起来与 Top Bottom Tree 别无二致。接下来展开 C 节点,计算 C 的调用者 B 和 D 的情况。

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