LeakCanary 2.0（一）工作原理及使用详解

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LeakCanary 系列文章：

LeakCanary 2.0（一）工作原理及使用详解

LeakCanary 2.0（二）源码分析及总结

一 LeakCanary 简介

LeakCanary 是一款 Android 平台上进行内存泄漏检测的工具，由大名鼎鼎的 square 公司制作并开源( square / leakcanary )，能够帮助开发人员显著减少 App 中 Application Not Responding 问题和 OutOfMemoryError 崩溃问题。目前通常应用在 App 开发测试阶段，主打一个提前检测提前修复。

image.png

1.1 内存泄漏简介

在 Android 开发中，内存泄漏是一种编程错误，它表现为应用程序保留对不再需要的对象的引用。为该对象分配的内存无法回收，最终导致 OutOfMemoryError (OOM) 崩溃。内存泄漏详细介绍可参考： Android 内存泄漏总结

1.2 LeakCanary 优缺点

优点

  • 针对 Android Activity 组件完全自动化的内存泄漏检查
  • 可定制一些行为（dump 文件和 leak trace 对象的数量、分析结果的自定义处理等）
  • 集成过程简单并且使用成本很低
  • 友好的界面展示和通知

缺点

  • 不适用于线上监测
  • 无法检测申请大容量内存导致的 OOM 问题、Bitmap 内存未释放问题

1.3 LeakCanary 工作原理

安装 LeakCanary 后，它会自动检测并报告内存泄漏，分为以下 4 个步骤：

  1. 检测未被 GC 回收的对象
  2. 转储堆
  3. 分析堆
  4. 对泄漏进行分类

1.3.1 检测未被 GC 回收的对象

LeakCanary Hook 到 Android lifecycle 以自动检测 Activitis 和 Fragments 何时被 Destroy 并且被 GC 回收。这些被 Destroy 的对象被传递给一个 ObjectWatcher，它持有对它们的弱引用。LeakCanary 能够自动检测以下对象的泄漏：

  • 被销毁的 Activity实例
  • 被销毁的 Fragment实例
  • 被销毁的 fragment View实例
  • 被清除 ViewModel实例 可以查看任意一个不再使用的对象，例如 detached view 或 destroyed presenter：
AppWatcher.objectWatcher.watch(myDetachedView, "View was detached")

如果在等待 5 秒并运行 GC 回收后，ObjectWatcher持有的弱引用没有被清除，则该对象被认为是未被回收的，并且可能会产生泄漏。LeakCanary 就会将这些对象记录到 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

LeakCanary 在转储堆之前等待未被回收对象(retained objects)的计数达到阈值，并显示具有最新计数的通知。

image.png 
D LeakCanary: Rescheduling check for retained objects in 2000ms because found only 4 retained objects (< 5 while app visible)

App 处于前台时默认阈值为 5 个 retained objects，App 处于后台时默认阈值为 1 个 retained object。如果看到 retained objects通知，然后将 App 置于后台（例如通过按下 Home 按钮），则阈值从 5 变为 1，并且 LeakCanary 会在 5 秒内转储堆。点击通知会强制 LeakCanary 立即转储堆。

1.3.2 转储堆

当未被回收对象的数量达到阈值时，LeakCanary 将 Java 堆 dump 到 Android 文件系统中的.hprof文件（堆转储）中（请参阅 LeakCanary 在哪里存储堆转储？ ）。转储堆会在短时间内冻结应用程序，在此期间 LeakCanary 显示以下 toast：

image.png

1.3.3 分析堆

LeakCanary 使用 Shark 来解析 .hprof 文件并在该堆转储中定位未被回收的对象。

image.png

对于每个未被回收对象，LeakCanary 会找到阻止该对象被 GC 垃圾回收的引用路径：它的 leak trace。

image.png

分析完成后，LeakCanary 会显示一个带有摘要的通知，并将结果打印在 Logcat中。请注意下面 4 个未被回收的对象是如何被分组为两种不同的泄漏项。LeakCanary 为每个 leak trace 创建一个签名，并将具有相同签名的泄漏项划分在一组，即由相同错误引起的泄漏。

image.png 
====================================
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
│
...

点击通知会启动一个提供更多详细信息的 Activity。稍后通过点击 LeakCanary 启动器图标再次返回它： image.png 每行对应一组具有相同签名的泄漏项。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。 image.png

点击泄漏项以打开其 leak trace显示详情。可以通过下拉菜单在不同的泄漏对象间切换。

image.png

泄漏签名是导致泄漏的每个引用的串联哈希，即每个引用都显示有红色下划线：

image.png

当 leak trace以文本形式共享时，这些相同的可疑引用会带有下划线~~~ ：

...
│  
├─ com.example.leakcanary.LeakingSingleton class
│    Leaking: NO (a class is never leaking)
│    ↓ static LeakingSingleton.leakedViews
│                              ~~~~~~~~~~~
├─ java.util.ArrayList instance
│    Leaking: UNKNOWN
│    ↓ ArrayList.elementData
│                ~~~~~~~~~~~
├─ java.lang.Object[] array
│    Leaking: UNKNOWN
│    ↓ Object[].[0]
│               ~~~
├─ android.widget.TextView instance
│    Leaking: YES (View.mContext references a destroyed activity)
...

在上面示例中，泄漏签名的计算方式为：

val leakSignature = sha1Hash(
    "com.example.leakcanary.LeakingSingleton.leakedView" +
    "java.util.ArrayList.elementData" +
    "java.lang.Object[].[x]"
)
println(leakSignature)
// dbfa277d7e5624792e8b60bc950cd164190a11aa

1.3.4 对泄漏进行分类

LeakCanary 将它在 App 中发现的泄漏分为两类：Application Leaks 和 Library Leaks。Library Leaks是 App 中依赖的三方代码库中的已知错误引起的泄漏。此泄漏会直接影响到 App 的表现，但开发者无法直接在 App 中修复它，因此 LeakCanary 将其分离出来。

这两个类别在 Logcat中打印的结果中是分开的：

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

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

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

LeakCanary 在其泄漏列表中标记为 Library Leak：

image.png

LeakCanary 附带一个已知泄漏的数据库，它通过对引用名称的模式匹配来识别它。例如

Leak pattern: instance field android.app.Activity$1#this$0
Description: Android Q added a new IRequestFinishCallback$Stub class [...]
┬───
│ GC Root: Global variable in native code
│
├─ android.app.Activity$1 instance
│    Leaking: UNKNOWN
│    Anonymous subclass of android.app.IRequestFinishCallback$Stub
│    ↓ Activity$1.this$0
│                 ~~~~~~
╰→ com.example.MainActivity instance

可以在 AndroidReferenceMatchers 类中查看已知泄漏的完整列表

二 LeakCanary 使用

2.1 引入依赖

首先，需要将 leakcanary-android 依赖添加到项目的 app’s build.gradle 中:

dependencies {
  // debugImplementation because LeakCanary should only run in debug builds.
  debugImplementation 'com.squareup.leakcanary:leakcanary-android:2.9.1'
}

因为 LeakCanary 有以下问题，所以通常只会使用在线下 debug 阶段，release 版本中不会引入 LeakCanary。

  • 每次内存泄漏以后，都会生成并解析 hprof 文件，容易引起手机卡顿等问题
  • 多次调用 GC，可能会对线上性能产生影响
  • hprof 文件较大，信息回捞成问题

然后，可过滤 Logcat 中的标签来确认 LeakCanary 在启动时是否成功运行：

D LeakCanary: LeakCanary is running and ready to detect leaks

2.2 配置 LeakCanary

因为 LeakCanary 2.0 版本后完全使用 Kotlin 重写，只需引入依赖，不需要初始化代码，就能执行内存泄漏检测。

当然也可以在自定义 Application 的 onCreate方法对 LeakCanary 进行一些自定义配置：

class LeakApplication: Application() {
    override fun onCreate() {
        super.onCreate()
        leakCanaryConfig()
    }
    private fun leakCanaryConfig() {
        //App 处于前台时检测保留对象的阈值，默认是 5
        LeakCanary.config = LeakCanary.config.copy(retainedVisibleThreshold = 3)
        //自定义要检测的保留对象类型，默认监测 Activity，Fragment，FragmentViews 和 ViewModels
        AppWatcher.config= AppWatcher.config.copy(watchFragmentViews = false)
        //隐藏泄漏显示活动启动器图标，默认为 true
        LeakCanary.showLeakDisplayActivityLauncherIcon(false)
    }
}

2.3 检测内存泄漏

以下，举一例非静态内部类导致的内存泄漏，如何使用 LeakCanary 监控其异常，代码如下所示：

class LeakTestActivity : AppCompatActivity() {
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_leak_test)
        val leakThread = LeakThread()
        leakThread.start()
    }

    // LeakThread 定义为 LeakTestActivity 的内部类
    inner class LeakThread : Thread() {
        override fun run() {
            super.run()
            try {
                //线程内耗时操作
                sleep(6 * 60 * 1000)
            } catch (e: InterruptedException) {
                e.printStackTrace()
            }
        }
    }
}

LeakTestActivity 存在内存泄漏，原因就是非静态内部类 LeakThread 持有外部类 LeakTestActivity 的引用，LeakThread 中做了耗时操作，导致 LeakTestActivity 无法被释放。 运行 App 程序，这时会在 Launch 界面生成一个名为 Leaks 的应用图标。接下来跳转到 App 的 LeakTestActivity 页面并不断地切换横竖屏，4 次切换后屏幕会弹出提示：“Dumping memory app will freeze.Brrrr.”。再稍等片刻，内存泄漏信息就会通过 Notification 展示出来，如下图所示

image.png

Notification 中提示了 LeakTestActivity 发生了内存泄漏，有 4 个对象未被回收。点击 Notification 就可以进入内存泄漏详细页，除此之外也可以通过 Leaks 应用的列表界面进入，列表界面如下图所示。

image.png

内存泄漏详细页如下图所示：

image.png

整个详情就是一个引用链：LeakTestActivity 的内部类 LeakThread 引用了 LeakThread 的 this$0，this$0 的含义就是内部类自动保留的一个指向所在外部类的引用，而这个外部类就是详情最后一行所给出的 LeakTestActivity 的实例，这将会导致 LeakTestActivity 无法被 GC，从而产生内存泄漏。

解决方法就是将 LeakThread 改为静态内部类。再次运行程序 LeakThread 就不会给出内存泄漏的提示了。

    ...
    companion object {
        class LeakThread : Thread() {
            override fun run() {
                super.run()
                try {
                    sleep(6 * 60 * 1000)
                } catch (e: InterruptedException) {
                    e.printStackTrace()
                }
            }
        }
    }

参考文档

LeakCanary Introduction

Android内存优化（六）LeakCanary使用详解

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