性能优化之内存分析工具的使用(整理)

前文讲到了内存泄漏的原因，那么要怎么定位内存泄漏呢？这里列出了常用的分析工具及其使用方法

以下Heap Snapshot、MAT、Heap Viewer、Allaction Tracking、LeakCanary和TraceView资料均来源于网络

Heap Snapshot

获取Java堆内存详细信息，可以分析出内存泄漏的问题
在2.X版本中，Android Studio使用的分析工具
点击Monitor便可查看CPU，Memory，Network，GPU的情况

其打开面板如下：

该面板里的信息可以有三种类型:app heap/image heap/zygote heap
分别代表app堆内存信息，图片堆内存信息，zygote进程的堆内存信息

A区域

列举了堆内存中所有的类,一下是列表中列名:

名称	意义
`Total Count`	内存中该类的对象个数
`Heap Count`	堆内存中该类的对象个数
`Sizeof`	物理大小
`Shallow size`	该对象本身占有内存大小
`Retained Size`	释放该对象后，节省的内存大小

B区域

当我们点击某个类时，右边的B区域会显示该类的实例化对象，这里面会显示有多少个实体，以及详细信息

名称	意义
`depth`	深度
`Shallow Size`	对象本身内存大小
`Dominating Size`	管辖的内存大小

当你点击某个对象时，将展开该对象内部含有哪些对象，同时C区域也会显示哪些对象引用了该对象

C区域

点击查看

某对象引用树对象，在这里面能看出其没谁引用了，比如在内存泄漏中，可以看出来它被谁引用，比如上图，引用树的第一行，可以看出来，该对象被Object[12]对象引用，索引值为1，那我们展开后，可以看到，该Object[12]是一个ArrayList

在3.X版本，Android Studio采用了新的分析工具，但其使用都是类似的
其启动界面如下

分析界面如下

MAT

下载：http://eclipse.org/mat/downloads.php
MAT工具全称为Memory Analyzer Tool，一款详细分析Java堆内存的工具，该工具非常强大，为了使用该工具，我们需要hprof文件。但是该文件不能直接被MAT使用，需要进行一步转化，可以使用hprof-conv命令来转化，但是Android Studio可以直接转化,转化方法如下
选择一个hprof文件，点击右键选择Export to standard .hprof选项

MAT工具所需的文件就生成了，下面我们用MAT来打开该工具:

打开MAT后选择File -> Open File选择我们刚才生成的hprof文件
选择该文件后，MAT会有几秒种的时间解析该文件，有的hprof文件可能过大，会有更长的时间解析，解析后，展现在我们的面前的界面如下

这是个总览界面，会大体给出一些分析后初步的结论

Overview视图
该视图会首页总结出当前这个Heap dump占用了多大的内存，其中涉及的类有多少，对象有多少，类加载器，如果有没有回收的对象，会有一个连接，可以直接参看(图中的Unreachable Objects Histogram)。
比如该例子中显示了Heap dump占用了41M的内存，5400个类，96700个对象，6个类加载器。
然后还会有各种分类信息:
- Biggest Objects by Retained Size
  会列举出Retained Size值最大的几个值，你可以将鼠标放到饼图中的扇叶上，可以在右侧看出详细信息，在这里可以找到我们关心的内容
- histogram视图
  histogram视图主要是查看某个类的实例个数，比如我们在检查内存泄漏时候，要判断是否频繁创建了对象，就可以来看对象的个数来看。也可以通过排序看出占用内存大的对象，默认是类名形式展示，也可以选择不同的显示方式
- Dominator tree视图
  该视图会以占用总内存的百分比来列举所有实例对象，注意这个地方是对象而不是类了，这个视图是用来发现大内存对象的。这些对象都可以展开查看更详细的信息，可以看到该对象内部包含的对象
- Leaks suspects视图
  这个视图会展示一些可能的内存泄漏的点

在Navigation History中可以选择Histogram，然后右键加入对比，实现多个histogram数据的对比结果，从而分析内存泄漏的可能性

Heap Viewer

实时查看App分配的内存大小和空闲内存大小
发现Memory Leaks

使用条件
5.0以上的系统，包括5.0
开发者选项可用

在2.x的Android Studio中，
可以直接在Android studio工具栏中直接点击小机器人启动
还可以在Android studio的菜单栏中Tools
或者是在sdk的tools工具下打开
在3.x的IDE中，默认已经找不到启动图标，但在tools目录下依旧可以打开使用

Heap Viewer面板如下

按上图的标记顺序按下，我们就能看到内存的具体数据，右边面板中数值会在每次GC时发生改变，包括App自动触发或者你来手动触发
总览:

列名	意义
`Heap Size`	堆栈分配给App的内存大小
`Allocated`	已分配使用的内存大小
`Free`	空闲的内存大小
`%Used`	`Allocated/Heap Size`,使用率
`Objects`	对象数量

详情:

类型	意义
`free`	空闲的对象
`data object`	数据对象,类类型对象，最主要的观察对象
`class object`	类类型的引用对象
`1-byte array(byte[],boolean[])`	一个字节的数组对象
`2-byte array(short[],char[])`	两个字节的数组对象
`4-byte array(long[],double[])`	4个字节的数组对象
`non-Java object`	非Java对象

下面是每一个对象都有的列名含义

列名	意义
`Count`	数量
`Total Size`	总共占用的内存大小
`Smallest`	将对象占用内存的大小从小往大排，排在第一个的对象占用内存大小
`Largest`	将对象占用内存的大小从小往大排，排在最后一个的对象占用的内存大小
`Median`	将对象占用内存的大小从小往大排，拍在中间的对象占用的内存大小
`Average`	平均值

当我们点击某一行时，可以看到如下的柱状图

横坐标是对象的内存大小，这些值随着不同对象是不同的，纵坐标是在某个内存大小上的对象的数量

使用：在需要检测内存泄漏的用例执行过后，手动GC下，然后观察data object一栏的total size(也可以观察Heap Size/Allocated内存的情况)，看看内存是不是会回到一个稳定值，多次操作后，只要内存是稳定在某个值，那么说明没有内存溢出的，如果发现内存在每次GC后，都在增长，不管是慢增长还是快速增长，都说明有内存泄漏的可能性

Allaction Tracking

追踪内存分配信息。可以很直观地看到某个操作的内存是如何进行一步一步地分配的
Allocation Tracker(AS)工具比Allocation Tracker(Eclipse)工具强大的地方是更炫酷，更清晰，但是能做的事情都是一样的

Allocation Tracker启动

在内存图中点击途中标红的部分，启动追踪，再次点击就是停止追踪，随后自动生成一个alloc结尾的文件，这个文件就记录了这次追踪到的所有数据，然后会在右上角打开一个数据面板

面板左上角是所有历史数据文件列表，后面是详细信息，好，现在我们来看详细介绍信息面板

下面我们用字母来分段介绍

A:查看方式选项
A标识的是一个选择框，有2个选项

Group by Method:用方法来分类我们的内存分配
Group by Allocator:用内存分配器来分类我们的内存分配
不同的选项，在D区显示的信息会不同，默认会以Group by Method来组织，我们来看看详细信息:

从上图可以看出，首先以线程对象分类，默认以分配顺序来排序，当然你可以更改，只需在Size上点击一下就会倒序，如果以Count排序也是一样，Size就是内存大小，Count就是分配了多少次内存，点击一下线程就会查看每个线程里所有分配内存的方法，并且可以一步一步迭代到最底部

当你以Group by Allocator来查看内存分配的情况时，详细信息区域就会变成如下

默认还是以内存分配顺序来排序，但是是以每个分配者第一次分配内存的顺序

这种方式显示的好处，是我们很好的定位我们自己的代码的分析信息，比如上图中，以包名来找到我们的程序，在这次追踪中包民根目录一共有五个类作为分配器分配了78-4-1=73次内存
B:Jump To Source按钮
如果我们想看内存分配的实际在源码中发生的地方，可以选择需要跳转的对象，点击该按钮就能发现我们的源码，但是前提是你有源码

如果你能跳转到源码，Jump To Source按钮才是可用的，都是跳转到类
C:统计图标按钮
该按钮比较酷炫，如果点击该按钮，会弹出一个新窗口，里面是一个酷炫的统计图标，有柱状图和轮胎图两种图形可供选择，默认是轮胎图，其中分配比例可以选择分配次数和占用内存大小，默认是大小Size
轮胎图

轮胎图是以圆心为起点，最外层是其内存实际分配的对象，每一个同心圆可能被分割成多个部分，代表了其不同的子孙，每一个同心圆代表他的一个后代，每个分割的部分代表了某一带人有多人，你双击某个同心圆中某个分割的部分，会变成以你点击的那一代为圆心再向外展开。如果想回到原始状态，双击圆心就可以了。
1.起点

圆心是我们的起点处，如果你把鼠标放到我图中标注的区域，会在右边显示当前指示的是什么线程(Thread1)以及具体信息(分配了8821次，分配了564.18k的内存)，但是红框标注的区域并不代表Thread1，而是第一个同心圆中占比最大的那个线程，所以我们现在把鼠标放到第一个同心圆上，可以看出来，我们划过同心圆的轨迹时可以看到右边的树枝变化了好几个值

2.查看某一个扇面
我们刚打开是全局信息，我们如果想看其中某个线程，详细信息，可以顺着某个扇面向外围滑动，当然如果你觉得不还是不清晰，可以双击该扇面全面展现该扇面的信息

在某个地方双击时，新的轮胎图是以双击点为圆心，你如果想到刚才的圆，双击圆心空白处就可以

3.一个内存的完整路径
柱状图

柱状图以左边为起始点，从左到右的顺序是某个的堆栈信息顺序，纵坐标上的宽度是以其Count/Size的大小决定的。柱状图的内容其实和轮胎图没什么特别的地方
1.起点

2.查看某一个分支

3.Count/Size切换

LeakCanary

可以直接在手机端查看内存泄露的工具
实现原理：本质上还是用命令控制生成hprof文件分析检查内存泄露

添加LeakCanary依赖包

https://github.com/square/leakcanary
在主模块app下的build.gradle下添加如下依赖

1 2	debugCompile 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android:1.3.1' releaseCompile 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android-no-op:1.3.1'

开启LeakCanary

添加Application子类
首先创建一个ExampleApplication，该类继承于Application,在该类的onCreate方法中添加如下代码开启LeakCanary监控:
LeakCanary.install(this);

在配置文件中注册ExampleApplication

在AndroidManifest.xml中的application标签中添加如下信息:
android:name=".ExampleApplication"

这个时候安装应用到手机，会自动安装一个Leaks应用，如下图

制造一个内存泄漏的点

建立一个ActivityManager类，单例模式，里面有一个数组用来保存Activity：

package com.example.android.sunshine.app;
import android.app.Activity;
import android.util.SparseArray;
import android.view.animation.AccelerateInterpolator;
import java.util.List;
public class ActivityManager {
    private SparseArray<Activity> container = new SparseArray<Activity>();
    private int key = 0;
    private static ActivityManager mInstance;
    private ActivityManager(){}
    public static ActivityManager getInstance(){
        if(mInstance == null){
            mInstance = new ActivityManager();
        }
        return mInstance;
    }

    public void addActivity(Activity activity){
        container.put(key++,activity);
    }
}

然后在DetailActivity中的onCreate方法中将当前activity添加到ActivityManager的数组中:

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_detail);
    ActivityManager.getInstance().addActivity(this);
    if (savedInstanceState == null) {
        // Create the detail fragment and add it to the activity
        // using a fragment transaction.

        Bundle arguments = new Bundle();
        arguments.putParcelable(DetailFragment.DETAIL_URI, getIntent().getData());

        DetailFragment fragment = new DetailFragment();
        fragment.setArguments(arguments);

        getSupportFragmentManager().beginTransaction()
                .add(R.id.weather_detail_container, fragment)
                .commit();
    }
}

我们从首页跳转到详情页的时候会进入DetailActivity的onCreate的方法，然后就将当前activity添加到了数组中，当返回时，我们没把他从数组中删除。再次进入的时候，会创建新的activity并添加到数组中，但是之前的activity仍然被引用，无法释放，但是这个activity不会再被使用，这个时候就造成了内存泄漏。我们来看看LeakCanary是如何报出这个问题的

演示

解析的过程有点耗时，所以需要等待一会才会在Leaks应用中，当我们点开某一个信息时，会看到详细的泄漏信息

TraceView

从代码层面分析性能问题，针对每个方法来分析，比如当我们发现我们的应用出现卡顿的时候，我们可以来分析出现卡顿时在方法的调用上有没有很耗时的操作，关注以下两个问题：

调用次数不多，但是每一次执行都很耗时
方法耗时不大，但是调用次数太多
简单一点来说就是我们能找到频繁被调用的方法，也能找到执行非常耗时的方法，前者可能会造成cpu频繁调用，手机发烫的问题，后者就是卡顿的问题

TraceView工具启动

打开Monitor,点击图中的标注的按钮，启动追踪

TraceView工具面板

打开App操作你的应用后，再次点击的话就停止追踪并且自动打开traceview分析面板

traceview的面板分上下两个部分:

时间线面板以每个线程为一行，右边是该线程在整个过程中方法执行的情况
分析面板是以表格的形式展示所有线程的方法的各项指标

时间线面板

左边是线程信息,main线程就是Android应用的主线程，这个线程是都会有的，其他的线程可能因操作不同而发生改变.每个线程的右边对应的是该线程中每个方法的执行信息，左边为第一个方法执行开始，最右边为最后一个方法执行结束，其中的每一个小立柱就代表一次方法的调用，你可以把鼠标放到立柱上，就会显示该方法调用的详细信息

你可以随意滑动你的鼠标，滑倒哪里，左上角就会显示该方法调用的信息。
1.如果你想在分析面板中详细查看该方法，可以双击该立柱，分析面板自动跳转到该方法

2.放大某个区域
刚打开的面板中，是我们采集信息的总览，但是一些局部的细节我们看不太清，没关系，该工具支持我们放大某个特殊的时间段

如果想回到最初的状态，双击时间线就可以
3.每一个方法的表示

可以看出来，每一个方法都是用一个凹型结构来表示，坐标的凸起部分表示方法的开始，右边的凸起部分表示方法的结束，中间的直线表示方法的持续

分析面板

面板列名含义如下

名称	意义
`Name`	方法的详细信息，包括包名和参数信息
`Incl Cpu Time`	Cpu执行该方法该方法及其子方法所花费的时间
`Incl Cpu Time %`	Cpu执行该方法该方法及其子方法所花费占Cpu总执行时间的百分比
`Excl Cpu Time`	Cpu执行该方法所话费的时间
`Excl Cpu Time %`	Cpu执行该方法所话费的时间占Cpu总时间的百分比
`Incl Real Time`	该方法及其子方法执行所话费的实际时间，从执行该方法到结束一共花了多少时间
`Incl Real Time %`	上述时间占总的运行时间的百分比
`Excl Real Time %`	该方法自身的实际允许时间
`Excl Real Time`	上述时间占总的允许时间的百分比
`Calls+Recur`	调用次数+递归次数，只在方法中显示，在子展开后的父类和子类方法这一栏被下面的数据代替
`Calls/Total`	调用次数和总次数的占比
`Cpu Time/Call`	Cpu执行时间和调用次数的百分比，代表该函数消耗cpu的平均时间
`Real Time/Call`	实际时间于调用次数的百分比，该表该函数平均执行时间

你可以点击某个函数展开更详细的信息

展开后，大多数有以下两个类别:

Parents:调用该方法的父类方法
Children:该方法调用的子类方法

如果该方法含有递归调用，可能还会多出两个类别:

Parents while recursive:递归调用时所涉及的父类方法
Children while recursive:递归调用时所涉及的子类方法

首先我们来看当前方法的信息

列	值
`Name`	`24 android/widget/FrameLayout.draw(L android/graphics/Canvas;)V`
`Incl Cpu%`	`20.9%`
`Incl Cpu Time`	`375.201`
`Excl Cpu Time %`	`0.0%`
`Excl Cpu Time`	`0.000`
`Incl Real Time %`	`1.1%`
`Incl Real Time`	`580.668`
`Excl Real Time %`	`0.0%`
`Excl Real Time`	`0.000`
`Calls+Recur`	`177+354`
`Cpu Time/Call`	`0.707`
`Real Time/Call`	`1.094`

根据下图中的toplevel可以看出总的cpu执行时间为1797.167ms，当前方法占用cpu的时间为375.201，375.201/1797.167=0.2087，和我们的Incl Cpu Time%是吻合的。当前方法消耗的时间为580.668，而toplevel的时间为53844.141ms,580.668/53844.141=1.07%,和Incl Real Time %也是吻合的。在来看调用次数为177，递归次数为354，和为177+354=531，375.201/531 = 0.7065和Cpu Time/Call也是吻合的，580.668/531=1.0935,和Real Time/Call一栏也是吻合的

Parents
现在我们来看该方法的Parents一栏

列	值
`Name`	`22 com/android/internal/policy/impl/PhoneWindow$DecorView.draw(Landroid/graphics/Canvas;)V`
`Incl Cpu%`	`100%`
`Incl Cpu Time`	`375.201`
`Excl Cpu Time %`	`无`
`Excl Cpu Time`	`无`
`Incl Real Time %`	`100%`
`Incl Real Time`	`580.668`
`Excl Real Time %`	`无`
`Excl Real Time`	`无`
`Call/Total`	`177/531`
`Cpu Time/Call`	`无`
`Real Time/Call`	`无`

其中的Incl Cpu Time%变成了100%，因为在这个地方，总时间为当前方法的执行时间，这个时候的Incl Cpu Time%只是计算该方法调用的总时间中被各父类方法调用的时间占比，比如Parents有2个父类方法，那就能看出每个父类方法调用该方法的时间分布。因为我们父类只有一个，所以肯定是100%，Incl Real Time一栏也是一样的，重点是Call/Total，之前我们看当前方式时，这一栏的列名为Call+Recur，而现在变成了Call/Total,这个里面的数值变成了177/531，因为总次数为531次，父类调用了177次，其他531次是递归调用。这一数据能得到的信息是，当前方法被调用了多少次，其中有多少次是父类方法调用的

Children

可以看出来，我们的子类有2个，一个是自身，一个是23android/view/View.draw(L android/graphics/Canvas;)V，self代表自身方法中的语句执行情况，由上面可以看出来，该方法没有多余语句，直接调用了其子类方法。另外一个子类方法，可以看出被当前方法调用了177次，但是该方法被其他方法调用过，因为他的总调用次数为892次，你可以点击进入子类方法的详细信息中
Parents while recursive

列举了递归调用当前方法的父类方法，以及其递归次数的占比，犹豫我们当前的方法递归了354次，以上三个父类方法递归的次数分别为348+4+2=354次
Children while recursive

列举了当递归调用时调用的子类方法