Android-性能优化-02-内存优化-内存抖动Android 内存抖动（Memory Churn）是指在短时间内频繁

Android 内存抖动（Memory Churn）是指在短时间内频繁地分配和释放小块内存，导致垃圾回收（Garbage Collection，GC）频繁触发，从而影响应用的性能。内存抖动可能导致以下问题：

GC频繁触发：由于短时间内产生大量的临时对象，会导致 GC 不断运行，增加 CPU 使用率和应用卡顿的可能性。
性能下降：频繁的 GC 会导致主线程被暂停，直接影响用户体验，特别是在需要流畅动画的场景下。
内存碎片化：频繁分配和释放内存可能导致堆内存碎片化，使得内存的使用效率降低。

内存抖动的常见原因

频繁创建临时对象：
- 在循环或高频调用中创建大量短生命周期对象，例如 String 的拼接、包装类（如 Integer、Double）的频繁使用。
重复分配大块对象：
- 某些复杂的计算中反复分配大块内存但不复用，导致 GC 的 Full GC 触发。
集合操作不当：
- 频繁扩展集合容量或操作大规模集合导致内存分配增加。
不当使用第三方库：
- 某些库可能在实现中存在过多的临时对象创建，造成内存抖动。
绘图或动画频繁创建对象：
- 自定义控件的 onDraw 方法中频繁分配对象。

内存抖动的影响

内存抖动导致卡顿的主要原因是频繁的垃圾回收（GC） ，而垃圾回收过程中可能会暂停应用线程，尤其是主线程，从而引起明显的卡顿。

1. 内存抖动与GC的关系

内存抖动的本质：

内存抖动指在短时间内频繁地分配和释放对象，这些对象往往是临时的、小块的，并且生命周期极短。
这些临时对象被分配到堆内存的年轻代（Young Generation，通常是 Eden 区域）。
当年轻代内存被填满时，系统会触发 Minor GC 来清理这些对象。

GC的影响：

每次 GC 都需要暂停应用的部分线程（称为 STW：Stop-the-World）。
如果内存抖动频繁发生，GC 会被频繁触发，增加了 CPU 的负担，并导致线程频繁暂停。
对于主线程，这种暂停会阻塞 UI 绘制和事件处理，直接导致卡顿现象。

2. 卡顿的主要原因

(1) GC 暂停（Stop-the-World）

Young GC：GC 会暂停线程，清理年轻代中的短生命周期对象。
- 时间消耗：通常为几毫秒，但如果内存抖动非常频繁，每帧都可能会触发，累积的暂停时间会导致明显卡顿。
Full GC：当老年代（Old Generation）对象较多且需要整理时触发，暂停时间更长，甚至达到几十毫秒或更多。

(2) 主线程被阻塞

Android 的主线程负责处理 UI 绘制、动画、用户输入等任务。如果主线程被 GC 暂停，UI 帧无法按时渲染，就会导致掉帧或卡顿。
在 60 FPS 的目标下，每帧的渲染时间不能超过 16.67ms。一旦 GC 导致线程暂停超过这个时间，用户就会感受到明显卡顿。

(3) CPU 资源被占用

内存抖动引发频繁的对象分配和回收，大量的 CPU 时间被消耗在内存管理上，导致应用的其他任务（如逻辑计算、事件响应）得不到足够的资源支持。

(4) 内存碎片化

如果对象的分配和释放频率极高，可能导致堆内存碎片化，使得后续大块内存分配困难，从而进一步增加内存分配时间和 GC 开销。

3. 为什么会感到卡顿？

(1) 人眼对帧率变化的敏感性

人眼对帧率变化非常敏感，尤其是在高动态场景（如滚动、动画）下。
Android 设备通常设定为 60 FPS（每帧时间为 16.67ms）。如果内存抖动导致 GC 超过这一时间，就会掉帧，产生卡顿感。

(2) GC 频率过高

如果内存抖动每秒触发 10 次以上的 GC，会导致应用无法保持连贯的帧率，UI 和交互明显变得不流畅。

4. 示例：内存抖动如何导致卡顿？

问题代码：

kotlin
复制代码
override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    for (i in 0..100) {
        val paint = Paint() // 每次调用都创建新的 Paint 对象
        canvas.drawCircle(100f, 100f, 50f, paint)
    }
}

优化代码：

kotlin
复制代码
private val paint = Paint() // 将 Paint 对象复用

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    for (i in 0..100) {
        canvas.drawCircle(100f, 100f, 50f, paint)
    }
}

对比分析：

问题代码：每次调用 onDraw 方法都会创建 100 个 Paint 对象，触发频繁的 GC。
优化代码：复用 Paint 对象，减少临时对象的分配，降低 GC 频率，避免主线程被频繁暂停。

5. 如何缓解内存抖动导致的卡顿？

(1) 减少临时对象分配

在高频调用的场景中（如动画、绘制），尽量避免临时对象创建。
复用可变对象（如 Paint、Bitmap、Path 等）。

(2) 使用对象池

对需要频繁创建和销毁的对象（如自定义消息、绘图元素）使用对象池进行复用。

kotlin
复制代码
val pool = Pools.SynchronizedPool<MyObject>(10)
val obj = pool.acquire() ?: MyObject()
pool.release(obj)

(3) 优化集合操作

提前设置集合的初始容量，避免频繁扩容导致的内存分配。
```
kotlin
复制代码
val list = ArrayList<String>(100)
```

(4) 避免频繁触发 GC

降低内存分配频率，通过优化算法、复用资源减少内存占用。

如何检测内存抖动

使用 Android Profiler：
- 在 Android Studio 中，通过 Memory Profiler 可以实时观察内存分配情况，包括对象分配频率和 GC 次数。
- 如果看到频繁的内存分配和回收，可能是内存抖动的征兆。
Debug API：
- 使用 Debug.startAllocCounting() 和 Debug.getAllocCount() 查看分配次数。
Logcat 分析：
- 查看 GC 日志，如果频繁出现 GC_FOR_ALLOC 或 GC_CONCURRENT，可能有内存抖动问题。
使用工具库：
- 借助工具库如 LeakCanary 和 MAT（Memory Analyzer Tool），分析对象分配和生命周期。

优化和解决方法

避免频繁创建临时对象：
- 场景：字符串拼接
  优化：使用 StringBuilder 或 StringBuffer 替代 String 的直接拼接。
- 场景：包装类频繁创建
  优化：优先使用基本数据类型代替包装类。
对象复用：
- 场景：频繁使用类似对象
  优化：通过对象池（如 SparseArray、ObjectPool）实现复用。
减少集合操作的内存分配：
- 提前设置集合的初始容量，避免扩容导致的内存抖动：
```
kotlin
复制代码
val list = ArrayList<Int>(expectedSize)
```
优化自定义控件绘制：
- 在 onDraw() 方法中避免分配对象，提前缓存所需资源，例如 Paint 和 Path。
使用更高效的数据结构：
- 根据场景选择合适的数据结构。例如，用 SparseArray 替代 HashMap，减少内存开销。
优化线程和任务调度：
- 避免短时间内过多线程频繁启动和销毁。
减少重复分配和大块内存使用：
- 对需要频繁使用的大块内存，可通过缓存策略避免反复分配。

问题代码

kotlin
复制代码
fun concatenateStrings(strings: List<String>): String {
    var result = ""
    for (str in strings) {
        result += str // 每次拼接都会创建一个新的 String 对象
    }
    return result
}

优化后代码

kotlin
复制代码
fun concatenateStrings(strings: List<String>): String {
    val builder = StringBuilder()
    for (str in strings) {
        builder.append(str) // 使用 StringBuilder 减少对象分配
    }
    return builder.toString()
}

抖动实战

业务逻辑

基于链表的对象池设计

LRU算法

LRU（Least recently used，最近最少使用）“如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高”。

基于LRU的对象池

如果对象池中不存在需要大小的byte数组怎么办？