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LeakCanary 使用及原理分析

一、基础

1、添加依赖 
dependencies {
  // debugImplementation because LeakCanary should only run in debug builds.
  debugImplementation 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android:2.7'
}
2、基本原理

2.1 什么是内存泄漏

在基于Java的runtime状态下，内存泄漏是一种变成错误，导致应用保留对无用对象引用，从而引起内存无法回收，导致OOM崩溃。

2.2 内存泄漏的常见原因

大多数内存泄漏时由与生命周期相关的错误引起的，常见Android错误：

  1. Fragment 实例添加到栈中但是没有在onDestoryView()方法中释放
  2. Activity 实例引用作为context字段引用，导致配置变更时activity重建无法释放
  3. 注册广播、监听、或者RxJava添加订阅，未根据生命周期做响应的释放
  4. 数据库查询时cursor使用完毕没有关闭导致
  5. bitmap使用完毕没有置空释放
  6. RecyclerView与NestedScrollView嵌套错误导致无法复用释放资源
3、为什么要使用LeakCanary

内存泄漏在Android应用中非常普遍，小的内存泄漏积累最终会导致OOM异常。LeakCanary可以在开发中帮助发现和修复内存泄漏。

4、LeakCanary是怎么工作的

一旦LeakCanary安装后，会自动检测和报告内存泄漏，主要分为4步：

  1. Detecting retained objects. 检测保留的对象
  2. Dumping the heap. 倾倒堆
  3. Analyzing the heap. 分析堆
  4. Categorizing leaks. 对内存泄漏进行分类

4.1 Detecting retained objects 检测保留对象

  • LeakCanary hook了Android生命周期实现自动检测Activity和Fragment的销毁，并进行垃圾收集。这些被销毁的对象被传递给一个ObjectWatcher,它持有对他们的弱引用，LeakCanary自动检测以下对象的泄漏:
  1. 销毁的Activity实例
  2. 销毁的Fragment实例
  3. 销毁的片段View实例
  4. 清除ViewModel实例

可以通过AppWatcher来对对象的回收过程进行监控

AppWatcher.objectWatcher.watch(myDetachedView, "View was detached")

如果ObjectWatcher在等待 5 秒并运行垃圾收集后没有清除持有的弱引用，则被监视的对象被认为是保留的，并且可能会泄漏。LeakCanary 将此记录到 Logcat：

D LeakCanary: Watching instance of com.example.leakcanary.MainActivity
  (Activity received Activity#onDestroy() callback) 

... 5 seconds later ...

D LeakCanary: Scheduling check for retained objects because found new object
  retained

4.2 Dumping the heap 倾倒堆

当持有的对象到达阀值时，LeakCanary会倾倒Java的堆内存到.hprof文件中，并存储在Android文件系统中。在倾倒堆时会造成App短暂停止，LeakCanary会展示一个如下Toast

LeakCanary 使用及原理分析

4.3 Analyzing the heap 堆分析

  • LeakCanary通过使用Shark库来解析.hprof文件，并定位堆垃圾场中持有的对象
    LeakCanary 使用及原理分析
  • 针对每个保留的对象，LeakCanary查询阻止其被垃圾回收的引用路径，进行泄漏跟踪。分析完成后会显示带有摘要的通知，并将结果打印在logcat中。LeakCanary会为每个泄漏trace创建签名，并根据签名对其进行分组 
====================================
HEAP ANALYSIS RESULT
====================================
2 APPLICATION LEAKS

Displaying only 1 leak trace out of 2 with the same signature
Signature: ce9dee3a1feb859fd3b3a9ff51e3ddfd8efbc6
┬───
│ GC Root: Local variable in native code
│
...
  • LeakCanary会为每个集成其的app在手机上添加一个启动图标
    LeakCanary 使用及原理分析
  • LeakCanary每行日志对应一组具有相同签名的泄漏。LeakCanary在应用程序第一次使用该签名触发泄漏时将一行标记为new
    LeakCanary 使用及原理分析
  • 点击每个泄漏可以通过查看详细信息
    LeakCanary 使用及原理分析
    LeakCanary 使用及原理分析

4.4 Categorizing leaks 泄漏分类

LeakCanary会将应用中的内存泄漏分为两类：
  1. 应用程序泄漏

  2. Library 泄漏

    并在logcat打印的日志中分开

====================================
HEAP ANALYSIS RESULT
====================================
0 APPLICATION LEAKS

====================================
1 LIBRARY LEAK

...
┬───
│ GC Root: Local variable in native code
│
...

并在泄漏列表中进行标记为Library Leak

LeakCanary 使用及原理分析
5、修复内存泄漏

内存泄漏是由于程序错误导致的APP对不再使用的对象进行引用

可以通过下面4个步骤来修复内存泄漏问题：

  1. Find the leak trace. 找到泄漏痕迹
  2. Narrow down the suspect references. 缩小可疑引用
  3. Find the reference causing the leak. 找到导致泄漏的引用
  4. Fix the leak. 修复泄漏问题

5.1 找到泄漏问题

leak trace 是最强引用路径的短名，即从垃圾回收器根路径到内存中持有的对象的路径引用链
  • 例：存储helper实例静态引用 
class Helper {
}

class Utils {
  public static Helper helper = new Helper();
}
  • 通过LeakCanary 进行检测 
AppWatcher.objectWatcher.watch(Utils.helper)
  • 泄漏trace 
┬───
│ GC Root: Local variable in native code
│
├─ dalvik.system.PathClassLoader instance
│    ↓ PathClassLoader.runtimeInternalObjects
├─ java.lang.Object[] array
│    ↓ Object[].[43]
├─ com.example.Utils class
│    ↓ static Utils.helper
╰→ java.example.Helper

通过日志我们知道是Utils中泄漏了helper实例

5.2 缩小可疑引用范围

  • 例： 
class ExampleApplication : Application() {
  val leakedViews = mutableListOf<View>()
}

class MainActivity : Activity() {
  override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
    super.onCreate(savedInstanceState)
    setContentView(R.layout.main_activity)

    val textView = findViewById<View>(R.id.helper_text)

    val app = application as ExampleApplication
    // This creates a leak, What a Terrible Failure!
    app.leakedViews.add(textView)
  }
}
  • leak trace 
┬───
│ GC Root: System class
│
├─ android.provider.FontsContract class
│    ↓ static FontsContract.sContext
├─ com.example.leakcanary.ExampleApplication instance
│    ↓ ExampleApplication.leakedViews
├─ java.util.ArrayList instance
│    ↓ ArrayList.elementData
├─ java.lang.Object[] array
│    ↓ Object[].[0]
├─ android.widget.TextView instance
│    ↓ TextView.mContext
╰→ com.example.leakcanary.MainActivity instance
           
┬───
│ GC Root: System class
│
├─ android.provider.FontsContract class
│    ↓ static FontsContract.sContext
├─ com.example.leakcanary.ExampleApplication instance
│    Leaking: NO (Application is a singleton)
│    ↓ ExampleApplication.leakedViews
│                         ~~~~~~~~~~~
├─ java.util.ArrayList instance
│    ↓ ArrayList.elementData
│                ~~~~~~~~~~~
├─ java.lang.Object[] array
│    ↓ Object[].[0]
│               ~~~
├─ android.widget.TextView instance
│    Leaking: YES (View.mContext references a destroyed activity)
│    ↓ TextView.mContext
╰→ com.example.leakcanary.MainActivity instance
通过分析leak trace，显示是MainActivity 里面的textView的mContext一直持有引用，导致MainActivity销毁后无法释放

5.3 找到泄漏的引用

通过前面的分析我们知道了ArrayList.elementData和Object[].[0]是实现细节，实现中ArrayList不太可能存在错误ArrayList，因此导致泄漏的引用是唯一剩余的引用：ExampleApplication.leakedViews

┬───
│ GC Root: System class
│
├─ android.provider.FontsContract class
│    ↓ static FontsContract.sContext
├─ com.example.leakcanary.ExampleApplication instance
│    Leaking: NO (Application is a singleton)
│    ↓ ExampleApplication.leakedViews
│                         ~~~~~~~~~~~
├─ java.util.ArrayList instance
│    ↓ ArrayList.elementData
│                ~~~~~~~~~~~
├─ java.lang.Object[] array
│    ↓ Object[].[0]
│               ~~~
├─ android.widget.TextView instance
│    Leaking: YES (View.mContext references a destroyed activity)
│    ↓ TextView.mContext
╰→ com.example.leakcanary.MainActivity instance

5.4 修复泄漏问题

通过分析我们找到了泄漏点，解决方法也很简单，直接将application中leakedViews在的destory()方法中置空就行了

参考：https://square.github.io/leakcanary/

android开发 android LeakCanary
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