匿名内部类/Lambda Java和Kotlin谁会导致内存泄漏?

码中之牛2023-07-19 16:00

作者：小鱼人爱编程

前言

内存泄漏是程序界永恒的话题，对于Android开发来说尤为重要，想让你的App表现得更优雅，了解并治理内存泄漏问题势在必行。

通过本篇文章，你将了解到：

  1. 何为内存泄漏?
  2. Android 常见内存泄漏场景
  3. Java匿名内部类会导致泄漏吗？
  4. Java的Lambda是否会泄漏？
  5. Kotlin匿名内部类会导致泄漏吗？
  6. Kotlin的Lambda是否会泄漏？
  7. Kotlin高阶函数的会泄漏吗？
  8. 内存泄漏总结

1. 何为内存泄漏?

简单内存分布

如上图，系统在分配内存的时候，会寻找空闲的内存块进行分配（有些需要连续的存储空间）。

分配成功，则标记该内存块被占用，当内存块不再被使用时，则置为空闲。

占用和被占用涉及到内存的分配和释放，在不同的程序语言里有不同的封装。

C 分配/释放内存函数：

分配：malloc函数

释放：free函数

C++ 分配/释放内存函数：

分配：new函数

释放：delete函数

C/C++ 需要程序员手动分配和释放内存，而我们知道手动的东西容易遗漏。

如果一块内存永远不再被使用，但是又没有被回收，那么这段内存一直无法被复用，这就是内存泄漏

Java内存泄漏

鉴于C/C++ 需要手动释放内存容易遗漏最后造成内存泄漏的问题，Java在内存回收机制上做了改进：
不需要程序员手动释放内存，JVM系统有GC机制，定期扫描不再被引用的对象，将对象所占的的内存空间释放。

你可能会有疑惑：既然都有GC机制了，为啥还会有泄漏呢？

因为GC是根据可达性来判别对象是否还在使用，当GC动作发生时，如果一个对象被gc root对象持有，那么它是无法被回收的。

如上图，obj1obj5被gc root 直接或间接持有，它们是不会被回收的，而obj6obj10 没有被gc root持有，它们是可以被回收的。

常见的作为gc root的对象

JVM在发起GC 动作的时候，需要从gc root出发判别对象的可达性，常见的gc root对象：

开发里排查内存泄漏涉及比较多的gc root是：

JNI 变量、静态引用、活动的线程

如果不涉及到JNI开发，我们更多关注的是后两者。

到此，我们知道了Java内存泄漏的缘由：

不再被使用的对象，因为一些不当的操作导致其被gc root持有无法被回收，最终内存泄漏

2. Android 常见内存泄漏场景

经典泄漏问题

Handler使用不当泄漏

先看耳熟能详的Demo：

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);
    }

    private Handler handler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            Log.d("fish", "hello world");
        }
    };
}

上面有个匿名内部类，继承自Handler。

我们知道在Java里，匿名内部类默认持有外部类引用，并且此处编译器会有提示：

This Handler class should be static or leaks might occur (anonymous android.os.Handler)

意思是：

推荐使用静态类来继承Handler，因为使用匿名内部类可能会有内存泄漏风险

我们做个实验，操作步骤：打开Activity，关闭Activity，观察内存使用状况，是否发生内存泄漏。

问题来了：以上代码会有内存泄漏吗？

答案当然是否定的，因为我们并没有使用handler对象。

将代码改造一下，onCreate里新增如下代码：

        handler.sendEmptyMessageDelayed(2, 5000);

此时会发生内存泄漏吗？

当然肉眼是无法证明是否泄漏的，我们通过使用Android Studio自带的性能分析工具：Profiler 进行分析：

果然Activity发生泄漏了。

如何规避此种场景下的内存泄漏呢？

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);

        new MyHandler().sendEmptyMessageDelayed(2, 5000);
    }

    static class MyHandler extends Handler {
        @Override
        public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            Log.d("fish", "hello world");
        }
    }
}

使用静态内部类实现Handler功能，静态内部类默认没有持有外部类引用。

检测结果，没有发生内存泄漏。

无论是匿名内部类还是静态内部类，都没有显式地持有外部类引用，既然匿名内部类会发生泄漏，那为啥还需要匿名内部类呢？

匿名内部类优点：

  1. 无需重新定义新的具名类
  2. 符合条件的匿名内部类可以转为Lambda表达式，简洁
  3. 匿名内部类可以直接访问外部类引用

假若现在需要在收到message时弹出个Toast。

对于匿名内部类的实现很简单：

    private Handler handler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(@NonNull Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            Toast.makeText(ThirdActivity.this, "hello world", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };

因为它默认持有外部类引用。

而对于静态内部类，则提示无法访问外部类对象。

需要给它单独传递外部类引用，相较于匿名内部类比较繁琐。

Handler 泄漏的本质原因

对于当前的Demo来说，匿名内部类隐式持有外部类引用，我们需要需要找到匿名内部类被哪个gc root直接/间接地持有了。

由图可知，最终Activity被Thread持有了。

简单回顾源码流程：

  1. 构造Handler对象时会绑定当前线程的Looper，Looper里持有MessageQueue引用
  2. 当前线程的Looper存储在Thread里的ThreadLocal
  3. 当Handler发送消息的时候，构造Message对象，而该Message对象持有Handler引用
  4. Message对象将会被放置在MessageQueue里
  5. 由此推断，Thread将会间接持有Handler，而Handler又持有外部类引用，最终Thread将会间接持有外部类引用，导致了泄漏

线程使用不当泄漏

先看简单Demo：

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(200000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
    }
}

问：上述代码会发生内存泄漏吗？

答：当然不会，因为线程并没有开启。

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(200000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }).start();
    }
}

再分析分析，会有内存泄漏吗？

与之前的Handler一致，匿名内部类会持有外部类的引用，而匿名内部类本身又被线程持有，因此会发生泄漏。

如何规避此种场景下的内存泄漏呢？

有两种方式：
第一种：使用静态内部类替换匿名内部类

此种方式同Handler处理类似。

第二种：使用Lambda替换匿名内部类

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);

        new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(200000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }).start();
    }
}

Lambda表达式没有隐式持有外部类，因此此种场景下不会有内存泄漏风险。

注册不当内存泄漏

模拟一个简单下载过程，首先定义一个下载管理类：

public class DownloadManager {
   private DownloadManager() {
   }
   static class Inner {
      private static final DownloadManager ins = new DownloadManager();
   }
   public static DownloadManager getIns() {
      return Inner.ins;
   }
   private HashMap<String, DownloadListener> map = new HashMap();
   //模拟注册
   public void download(DownloadListener listener, String path) {
      map.put(path, listener);
      new Thread(() -> {
         //模拟下载
         listener.onSuc();
      }).start();
   }
}

interface DownloadListener {
   void onSuc();
   void onFail();
}

外部传入下载路径，下载成功后通知外界调用者：

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);

        DownloadManager.getIns().download(new DownloadListener() {
            @Override
            public void onSuc() {
                //更新UI
            }
            @Override
            public void onFail() {
            }
        }, "hello test");
    }
}

因为需要在下载回调时更新UI，因此选择匿名内部类接收回调，而因为该匿名内部类被静态变量： DownloadManager.ins 持有。

也就是说：

静态变量作为gc root，间接持有匿名内部类，最终持有Activity导致了泄漏

如何规避此种场景下的内存泄漏呢？

有两种方式：

  1. 静态内部类持有Activity弱引用
  2. DownloadManager提供反注册方式，当Activity销毁时反注册从Map里移除回调

3. Java匿名内部类会导致泄漏吗？

线程持有匿名内部类对象

内存泄漏的一些前置知识已经过了一遍，接下来我们从字节码的角度分别分析匿名内部类、Lambda表达式、高阶函数是否存在泄漏问题。

先看Demo：

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Log.d("fish", "hello world");
            }
        }).start();
    }
}

当我们进入Activity，而后又退出时，猜猜会发生泄漏吗？

有些小伙伴会说：当然了，线程持有匿名内部类对象，而匿名内部类对象又持有外部类(Activity)引用。

实际上是此处的线程并没有执行耗时任务，很快就结束了，系统回收Activity对象时线程已经结束了，不会再持有匿名内部类对象了。

怎么确定匿名内部类持有外部类引用呢？

一个很直观的表现：

在匿名内部类里访问外部类实例变量，若是编译器没有提示错误，则可以认为匿名内部类持有外部类引用

当然，想要看到石锤就得从字节码出发了。

Java匿名内部类Class文件

build一下并查找Javac的产物：在/build/intermediates/javac 开头的目录下

这里是看不到匿名内部类的，需要到文件浏览器里查找。

可以看出，我们只是声明了一个ThirdActivity类，但是生成了两个Class文件，其中一个是匿名内部类生成的，通常命名方式为：外部类名+"$"+"第几个内部类"+".class"。

拖到Studio里查看内容：

显然匿名内部类构造函数形参里有外部类的类型，当构造匿名内部类时会传递进去并赋值给匿名内部类的成员变量。

Java匿名内部类字节码

查看字节码方式有多种，可以用javap命令：

javap -c ThirdActivity$1.class

也可以在Android Studio里下载字节码插件：

在源文件上右键选择查看字节码：

可以看出：

  1. New 指令创建匿名内部类对象并复制到操作数栈顶
  2. 加载外部类对象到操作数栈顶
  3. 调用匿名内部类构造函数，并将第2步的栈顶对象传入

如此一来，匿名内部类创建了，并且持有了外部类引用。

回到最初问题，Java匿名内部类是否会泄漏呢？

当外部类销毁的时候，如果匿名内部类被gc root 持有(间接/直接)，那么将会发生内存泄漏

4. Java的Lambda是否会泄漏？

线程持有Lambda对象

将上小结的匿名内部类改造为Lambda（注：不是所有的匿名内部类都可以转为Lambda表达式）

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);
        new Thread(() -> {
            Log.d("fish", "hello world");
            Log.d("fish", "hello world2");
        }).start();
    }
}

Java Lambda生成的Class文件

Java Lambda并没有生成Class文件。

Java Lambda字节码

Java Lambda并没有生成Class文件，而是通过INVOKEDYNAMIC 指令动态生成Runnable对象，最后传入Thread里。

可以看出，此时生成的Lambda并没有持有外部类引用。

Java Lambda显式持有外部类引用

public class ThirdActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_third);
        new Thread(() -> {
            //显式持有外部类引用
            Log.d("fish", ThirdActivity.class.getName());
        }).start();
    }
}

再查看字节码：

可以看出，传入了外部类引用。

回到最初问题，Java Lambda是否会泄漏呢？

  1. Lambda没有隐式持有外部类引用，
  2. 若在Lambda内显式持有外部类引用，那么此时和Java 匿名内部类类似的，当外部类销毁的时候，如果Lambda被gc root 持有(间接/直接)，那么将会发生内存泄漏

5. Kotlin匿名内部类会导致泄漏吗？

线程持有匿名内部类对象

class FourActivity : AppCompatActivity() {
    private lateinit var binding: ActivityFourBinding
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        binding = ActivityFourBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(binding.root)
        Thread(object : Runnable {
            override fun run() {
                println("hello world")
            }
        }).start()
    }
}

此时匿名内部类会持有外部类引用吗？

先从生成的Class文件入手。

Kotlin 匿名内部类生成的Class文件

Kotlin编译生成的Class目录：build/tmp/kotlin-classes/ 查找生成的Class文件：

我们发现生成了Class文件，命名规则：外部类名+方法名+第几个匿名内部类+".class"

Kotlin 匿名内部类字节码

可以看出，并没有持有外部类引用。

Kotlin 匿名内部类显式持有外部类引用

class FourActivity : AppCompatActivity() {
    val name = "fish"
    private lateinit var binding: ActivityFourBinding
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        binding = ActivityFourBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(binding.root)
        Thread(object : Runnable {
            override fun run() {
                println("hello world $name")
            }
        }).start()
    }
}

查看字节码：

由此可见，构造函数携带了外部类引用。

回到最初问题，Kotlin 匿名内部类是否会泄漏呢？

  1. Kotlin 匿名内部类没有隐式持有外部类引用，
  2. 若在Kotlin 匿名内部类内显式持有外部类引用，那么此时和Java 匿名内部类类似的，当外部类销毁的时候，如果Lambda被gc root 持有(间接/直接)，那么将会发生内存泄漏

6. Kotlin的Lambda是否会泄漏？

线程持有Lambda对象

class FourActivity : AppCompatActivity() {
    private lateinit var binding: ActivityFourBinding
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        binding = ActivityFourBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(binding.root)
        Thread { println("hello world ") }
    }
}

此时Lambda会持有外部类引用吗？

先从生成的Class文件入手。

Kotlin Lambda生成的Class文件

Kotlin Lambda 并没有生成Class文件。

Kotlin Lambda字节码

可以看出，并没有隐式持有外部类引用。

Kotlin Lambda显式持有外部类引用

class FourActivity : AppCompatActivity() {
    val name = "fish"
    private lateinit var binding: ActivityFourBinding
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        binding = ActivityFourBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(binding.root)
        Thread { println("hello world $name") }
    }
}

查看字节码：

由此可见，构造函数携带了外部类引用。

回到最初问题，Kotlin Lambda是否会泄漏呢？

和Java Lambda表述一致

7. Kotlin高阶函数的会泄漏吗？

什么是高阶函数？

将函数类型当做形参或返回值的函数称为高阶函数。

高阶函数在Kotlin里无处不在，是Kotlin简洁写法的一大利器。

高阶函数生成的Class文件

class FourActivity : AppCompatActivity() {
    private lateinit var binding: ActivityFourBinding
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        binding = ActivityFourBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(binding.root)
        test {
            println("$it")
        }
    }
    //高阶函数作为形参
    private fun test(block:(String) -> Unit) {
        block.invoke("fish")
    }
}

很简单的一个高阶函数，查看生成的Class文件：

查看Kotlin Bytecode内容：

final class com/fish/perform/FourActivity$onCreate$1 extends kotlin/jvm/internal/Lambda implements kotlin/jvm/functions/Function1 {

继承自Lambda，并实现了Function1接口。

它的构造函数并没有形参，说明不会传入外部类引用。

高阶函数的字节码

和之前分析的匿名内部类和Lambda不同的是(虽然高阶函数也可以用Lambda简化表达)：涉及到了GETSTATIC指令。

该指令意思是从静态变量里获取高阶函数的引用，在高阶函数的字节码加载的时候就已经将静态变量初始化：

可以这么理解：

  1. 高阶函数的Class加载的时候会初始化实例，并将该实例存储在静态变量里
  2. 当外部调用高阶函数时，从静态变量里获取高阶函数实例

高阶函数显式持有外部类引用

class FourActivity : AppCompatActivity() {
    val name="fish"
    private lateinit var binding: ActivityFourBinding
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        binding = ActivityFourBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(binding.root)
        test {
            println("$it:$name")
        }
    }
    //高阶函数作为形参
    private fun test(block:(String) -> Unit) {
        block.invoke("fish")
    }
}

查看字节码：

构造函数持有了外部类引用，此时并没有生成静态变量（没必要生成，若生成了就是妥妥的内存泄漏了)

回到最初问题，高阶函数是否会泄漏呢？

  1. 高阶函数没有隐式持有外部类引用
  2. 若在高阶函数内显式持有外部类引用，那么此时和Java 匿名内部类类似的，当外部类销毁的时候，如果高阶函数被gc root 持有(间接/直接)，那么将会发生内存泄漏

8. 内存泄漏总结

简单理解内存泄漏：

  1. 长生命周期的对象持有短生命周期的对象，导致短生命周期的对象在生命周期结束后没有被及时回收，导致内存无法复用，最终泄漏
  2. 合理地释放对短生命周期对象的引用

为了帮助到大家更好的全面清晰的掌握好性能优化，准备了相关的核心笔记（还该底层逻辑）：https://qr18.cn/FVlo89

性能优化核心笔记：https://qr18.cn/FVlo89

启动优化

内存优化

UI优化

网络优化

Bitmap优化与图片压缩优化 ：https://qr18.cn/FVlo89

多线程并发优化与数据传输效率优化

体积包优化

《Android 性能监控框架》：https://qr18.cn/FVlo89

《Android Framework学习手册》：https://qr18.cn/AQpN4J

  1. 开机Init 进程
  2. 开机启动 Zygote 进程
  3. 开机启动 SystemServer 进程
  4. Binder 驱动
  5. AMS 的启动过程
  6. PMS 的启动过程
  7. Launcher 的启动过程
  8. Android 四大组件
  9. Android 系统服务 - Input 事件的分发过程
  10. Android 底层渲染 - 屏幕刷新机制源码分析
  11. Android 源码分析实战
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