研究了一波 Android Native C++ 內存泄漏的調試
文末本文轉載自微信公眾號「程序喵大人」，作者程序喵大人。轉載本文請聯系程序喵大人公眾號。
最近在調試Android Native層的內存泄漏問題，整理了一些筆記，分享一下
本文目錄
- 如何查看內存信息?
- Android 關鍵內存項介紹
- 如何調試內存泄漏
- 其他工具
- 復盤
- 相關資料推薦
如何查看內存信息?
在代碼中打印，開啟一個線程，間隔固定時間打印出當前內存信息【有好多種獲取內存信息的API，這里只列出其中一種方式，親測有效】
- private void startMemProfiler() {
- new Thread(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- while (true) {
- displayMemory();
- try {
- Thread.sleep(2000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
- }).start();
- }
- private void displayMemory() {
- final ActivityManager activityManager = (ActivityManager) getSystemService(ACTIVITY_SERVICE);
- ActivityManager.MemoryInfo info = new ActivityManager.MemoryInfo();
- activityManager.getMemoryInfo(info);
- Log.i(TAG, "系統剩余內存:" + (info.availMem / (1024 * 1024)) + "M");
- Log.i(TAG, "系統是否處于低內存運行：" + info.lowMemory);
- Log.i(TAG, "當系統剩余內存低于" + (info.threshold / (1024 * 1024)) + "M" + "時就看成低內存運行");
- Log.i(TAG, "系統已經分配的native內存：" + (Debug.getNativeHeapAllocatedSize() / (1024 * 1024)) + "M");
- Log.i(TAG, "系統還剩余的native內存：" + (Debug.getNativeHeapFreeSize() / (1024 * 1024)) + "M");
- Log.i(TAG, "系統的所有native內存大小：" + (Debug.getNativeHeapSize() / (1024 * 1024)) + "M");
- }
- 使用adb命令行
- adb shell dumpsys meminfo /
- adb shell dumpsys meminfo tv.danmaku.bili
dumpsys meminfo顯示的信息如圖所示：
Android 關鍵內存項介紹
這里僅介紹我們需要重點關注的字段：
- Dalvik Heap：虛擬機占用的內存，可以理解為Java層占用的內存。
- Native Heap：Native層占用的堆內存，可以理解為C/C++側占用的內存。【我們需要重點關注的項】
- Private Dirty/Clean：進程私有的內存，進程銷毀后，該部分內存可以被回收【Dirty/Clean：該頁面是否被修改過，如果被修改過，即dirty，在頁面被淘汰的時候，就會把該頁面換出。】
- VSS(Virtual Set Size)：表示一個進程可訪問的全部內存地址空間的大小。這個大小包括了進程已經申請但尚未使用的內存空間。在實際中很少用這種方式來表示進程占用內存的情況，用它來表示單個進程的內存使用情況是不準確的。【圖中沒有展示，但Linux中有這個東西】
- RSS(Resident Set Size)：表示一個進程在RAM中實際使用的空間地址大小，包括了全部共享庫占用的內存，這種表示進程占用內存的情況也是不準確的。【圖中沒有展示，但Linux中有這個東西】
- PSS(Proportional Set Size)：表示一個進程在RAM中實際使用的空間地址大小，它按比例包含了共享庫占用的內存。假如有3個進程使用同一個共享庫，那么每個進程的PSS就包括了1/3大小的共享庫內存。這種方式表示進程的內存使用情況較準確，但當只有一個進程使用共享庫時，其情況和RSS一模一樣。【PSS 衡量的一個優點是，可以將所有進程的 PSS 加起來確定所有進程占用的實際內存。這表示 PSS 是一種理想的方式，可用來衡量進程的實際 RAM 占用比重，以及相對于其他進程和可用的總 RAM 而言，對 RAM 的占用情況。】
- USS(Unique Set Size)：表示一個進程本身占用的內存空間大小，不包含其它任何成分，這是表示進程內存大小的最好方式!【圖中沒有展示，但Linux中有這個東西】【所以有：VSS>=RSS>=PSS>=USS】
- Graphics：圖形緩沖區隊列為向屏幕顯示像素(包括 GL 表面、GL 紋理等等)所使用的內存。(請注意，這是與 CPU 共享的內存，不是 GPU 專用內存。)【官方文檔這么說的，具體啥意思我也沒看懂，https://developer.android.com/studio/profile/memory-profiler】
- 其他字段如果想要了解可以參考官方文檔：https://developer.android.com/studio/command-line/dumpsys
如何調試內存泄漏
- 通過排除法 + 打印當前內存信息(上面介紹過)的方法，懷疑哪里就注釋掉哪里，看還會不會有泄漏【比較糙】。
- 代碼層全局覆蓋malloc和free，本質就是記錄下來每個malloc的節點，存到鏈表里，free的時候將節點從鏈表里移除，如果最后鏈表中還有節點，則表示有內存泄漏。【大多數場景中好用，但只能檢測當前代碼內存的C語言代碼，不能檢測其他庫的泄漏】
- 重載operator new 和 operator delete，原理和上面類似。【只能檢測C++使用new delete操作的內存，不能檢測malloc和free操作的內存】
- 使用Android Studio Profiler工具：需要Android10以上版本，具體可以看：https://developer.android.com/studio/profile/memory-profiler。【整體感覺不太好用】
- 在Demo側集成tencent/matrix，可以選擇hook某個動態鏈接庫下的malloc和free符號，如果發現某個動態庫中存在內存泄漏，會打印出泄漏的堆棧信息。【推薦使用】
matrix的使用
通過集成matrix庫，可以選擇hook某個動態鏈接庫的malloc和free符號，然后工作方式和libctools類似，存儲malloc的節點，free時候就刪除該節點，最后統計內存泄漏情況。
matrix的集成方式可以看github庫：https://github.com/Tencent/matrix
hook的原理可以看：https://github.com/iqiyi/xHook/blob/master/docs/overview/android_plt_hook_overview.zh-CN.md
如果出現內存泄漏，會有json和log后綴的文件，如圖：
json文件會統計哪個庫泄漏了多少內存，log文件會記錄具體泄漏的堆棧信息。
拿到具體泄漏的堆棧信息后，可以通過addr2line工具定位到具體的代碼：
- /Users/xxx/Android/ndk/21.4.7075529/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/bin/aarch64-linux-android-addr2line -C -f -e /Users/xxx/project/java/build/intermediates/stripped_native_libs/debug/out/lib/arm64-v8a/libBMMCapture-Android.so 83a70
效果如圖：
其它工具
dumpsys還有一些其它功能，使用方式如下：
- 內存 adb shell dumpsys meminfo
- CPU adb shell dumpsys cpuinfo
- 幀率 adb shell dumpsys gfxinfo
- 顯示 adb shell dumpsys display
- 電源 adb shell dumpsys power
- 電池狀態 adb shell dumpsys batterystats
- 電池 adb shell dumpsys battery
- 鬧鐘 adb shell dumpsys alarm
- 位置 adb shell dumpsys location
復盤拍攝內存泄漏排查
背景：每次出現內存泄漏時，經常懷疑是某個模塊或者其他庫更新導致，但又沒有證據，沒有合適的排查內存泄漏的方法論。
分析與解決：
- 接入每個三方庫時，都寫一個Demo，進行效果測試、內存測試、性能測試，每次更新三方庫時，都跑一下Demo。或者每次出問題時，跑一下Demo看是不是這個庫導致的問題。
- 集成第三方庫時，降低代碼耦合性，保證可以靈活去掉某個三方庫，可考慮使用條件編譯等手段，方便排查問題。
- 引入工具排查：
○內存泄漏：Android使用matrix，iOS使用Xcode
○cpu占用率：Android profiler, iOS Xcode
○gpu占用率：Android 高通使用snapdragonprofiler，或者perfdog(收費)
相關資料推薦
https://developer.android.com/topic/performance/memory-management?hl=zh-cn
https://developer.android.com/studio/profile/memory-profiler
https://developer.android.com/studio/command-line/dumpsys
https://github.com/iqiyi/xHook/blob/master/docs/overview/android_plt_hook_overview.zh-CN.md
參考資料
https://developer.android.com/studio/command-line/dumpsys
https://blog.csdn.net/pugongying1988/article/details/16838859
https://www.jianshu.com/p/8203457a11cc
