最近小优听说，隔壁的腾讯TMQ团队出了一本新书——《移动App性能评测与优化》，便借阅了一本，读完感觉写得确实很赞。这本书体系化地介绍了移动应用性能评测与优化的方方面面，如内存，电量，流畅度，导航，网络优化和安装包瘦身等，强烈推荐大家阅读~
小优从书中摘取了第一章 “越用越卡为哪般——如何降低App的待机内存” 的内容。本章介绍了各种内存使用情况分析的方法和一些优化技巧，让大家能够准确地了解应用内存的消耗情况，找出存在的内存问题，并在开发过程中尽量节约使用内存。
本章共5节，上周给大家推送了“如何降低App的待机内存（二）——规范测试流程及常见问题”，本周我们继续，通过虚拟机部分机制的探索来探索这些内存增长的原因。
1.3新问题的进一步挖掘
在上一节里，我们介绍了内存测试的基本流程，讲述了如何发现并处理简单的内存问题。对于Dalvik Heap部分总结出了一些常见的问题模式，以及如何使用工具识别和处理这些常见的内存问题。
当简单问题不再是问题的时候，我们就会开始遇上一些奇怪问题了，类似于下面这些：
“我们这个版本引入了一个挺简单的库，内存就涨了2M”“这些代码只是初始化了几个对象，还没有开始用呢”“我只是改了一行代码，没有创建新对象”
“我一行代码都没改，怎么会涨呢”
这次出现的问题就是这样这一类问题，新版本的Dalvik Heap Pss内存出现了2M左右的增长。但Dalvik Heap Alloc只增长了273K的情况下。而从Dalvik Heap Free也能看出大部分增长的内存是空闲状态的。
经过一段时间对问题的观察，我们有以下几点发现：
经过较长时间待机后也没有被释放回系统。
有几处代码会导致内存增长，只要将这些代码屏蔽掉，内存情况就下降到正常水品。
这些代码分配的内存并不多，甚至有些地方是不需要分配内存的。
有些代码并不是这个版本新加入的，已经存在较长时间了。
使用裁剪功能的方法编译并分析内存后，基本可以确定是新加入代码消耗了内存，但并没有内存泄漏，代码经过review也没有发现问题。
这个结果让我们陷入了困惑，常用的方法找不出问题，说明有更深层次的原因。接下来要从更底层的Dalvik虚拟机寻找问题。
1.3.1 Dalvik Heap内部机制
为了弄清楚为什么DVM占着内存不释放，我们阅读了DVM分配内存部分的代码。位置在Android源码的dalvik/vm/alloc下，约255K。分析出的主要流程如下：
1) DVM使用mmap系统调用从系统分配大块内存作为Java Heap。根据系统机制，如果分类的内存尚未真正使用，就不计入PrivateDirty和PSS。例如图1-8，Heap Size/Alloc很多，但大部分是共享，实际使用的较少。所以反映到PrivateDirty/PSS里的内存并不多。
图1-8 共享内存较多的进程
2) New对象之后，由于要向对应的地址写入数据，内核开始真正分配该地址对应的4K物理内存页面。
Alloc.cpp, 176行起：
图1-9 DVM虚拟机分配内存的代码
3) 运行一段时间后，开始GC，有些对象被回收了，有些会一直存在，如图1-10所示。
图1-10黑点表示的内存会被回收
4) 在GC时，有可能会进行trim。即将空闲的物理页面释放回系统，表现为PrivateDirty/PSS下降。
HeapSource.cpp, 431行：
图1-11 释放内存回系统的代码（一）
HeapSource.cpp,1304行：
图1-12 释放内存回系统的代码（二）
1.3.2 问题所在
在了解DVM分配释放内存的机制后，根据dumpsys观察到的现象，猜测可能出现了页利用率问题（页内碎片）。如图1-13所示，第一行：在开始阶段，内存分配的较满。第二行：经过GC后，大部分对象被释放，少部分留下来。
图1-13产生内存碎片
这种情况下可能会产生的问题是，整页的4K内存中可能只有一个小对象，但统计PrivateDirty/PSS时还是按4K计算。
在通常的jvm虚拟机中，有Compacting GC机制，整理内存对象，将散布的内存移动到一起。但根据DVM的代码，DVM的Mark-Sweep算法不能移动对象，即没有内存整理功能，这种情况下就会形成内存空洞。
在猜测了可能的问题后，需要验证是否如猜测原因所致，由于MAT的对象实例数据中有地址和大小信息，我们先从MAT中导出数据。
在MAT中列出所有对象实例：list_objects java.*,然后选中所有数据导出为CSV格式，如下所示：
Class Name,Shallow Heap,Retained Heap,
class java.lang.Class @ 0x41fdd1e8,16,56,
class test.bxi$3 @ 0x432501c8,0,0,
class test.aaw$c$1 @ 0x4324fef8,0,0,
class test.ds @ 0x4324fc88,8,48,
class test.bxh @ 0x4324f438,8,248,
class test.bxg @ 0x4324f248,0,0,
class test.bxd$1 @ 0x4324f028,0,0,处理导出的csv文件，按页面进行统计，取每个对象的地址的高位(&0xfffff000)，结果相同的对象处在同一页面中。最后再按每个页面所有对象的大小分类统计，做出直方图如图1-14所示。
图1-14对页面利用率进行分类统计
这张图就是被测应用的页面利用率分布图，左边是利用率低的页面，右边是利用率高的页面。如果发现利用率低的页面数目增加，说明小对象碎片的数量增加了。
1.3.3 优化Dalvik内存碎片
为了能够找出有问题的代码，我们将上一步得到的数据继续处理。取出所有使用不满2K的页面的内存块地址，再使用OQL将地址导入到MAT中，分析地址对应的对象是什么。如图1-15所示就是将地址重新导入到MAT中得到的对象列表了：
图1-15内存碎片页中的对象
在这里基本就能看出来是哪些对象造成了内存的碎片化，数量比较多的前几个类的自然嫌疑比较大，可以先对前几个类的相关代码进行分析。也可以对这些代码进行针对性的内存测试，观察内存情况。
通过对生成这些对象的代码分析和模拟实验，我们还原出问题的基本过程：
生成对象过程需要较多的临时变量。
批量生成过程中，由于还有空闲内存，虚拟机没有做GC。
完成后才进行GC，清除了所有的零时变量，留下碎片化的内存。
下图是造成这个问题的类似代码，执行这段代码将会在内存中形成很多碎片，造成很高的PSS占用。
private Object result[] = new Object[100];
void foo() {
for(int i = 0; i < 100; ++i) {
byte[] tmp = new byte[2000];
result[i] = new byte[4];
}
}图1-16显示了类似情况下数组的分配范围，可见数组中每个成员的内存地址都是不连续的，并且相隔很远。这种情况下就会消耗很多个物理内存页面，增加Heap Free，造成例子中的问题。
图1-16内存碎片对象地址的例子
经验小结
根据上述的流程，我们搞清楚了造成问题的原因，并且找到了问题代码。那么应当总结一些经验，以供借鉴。对于测试人员来说，有以下两个经验：
MAT是探索Java堆并发现问题的好帮手，能够迅速发现常见的图片和大数组等问题。但仅靠MAT提供的功能也不是万能的，比如这个问题的数据就隐藏在对象的地址中。
对Android测试经验来说，可能容易找到的是应用代码及框架的各种测试经验和指导，底层以及涉及性能的测试经验并不太多。这方面可以借鉴Linux系统的测试经验，了解内核及进程相关的知识，熟悉常用工具。
内存分配的最小单位是页面，通常为4K。
对于开发人员，以下两个经验也许能有帮助：
尽量不要在循环中创建很多临时变量。
可以将大型的循环拆散，分段或者按需执行。
下周将带来内存原理的进阶知识
