Android内存(1): app内存浅析
android是基于java的开发，做java开发相对简单，不像C++要关心内存，各种内存问题搞的焦头烂额。但是否真的就完全不用关心内存问题了呢？不行。**android也有一些内存问题，内存泄露、内存溢出（OOM）、内存占用过多，GC回收导致性能下降等。**这里不讲这些具体的问题，主要分析下一个app会用到那些内存，以及这些内存的特点，这些内存在使用上有什么要注意的地方。
虚拟地址空间和物理地址空间
内存是程序运行时的存储地址空间，可分为虚拟地址空间和物理地址空间。虚拟地址空间是相对进程而言的，每个进程都有独立的地址空间（如32位程序都有4GB的虚拟地址空间）。物理地址空间就是由硬件（内存条）提供的存储空间，物理地址空间被所有进程共享。
从程序角度看，我们谈到的地址空间一般是虚拟地址空间，通过malloc或new分配的内存都虚拟地址空间的内存。虚拟地址空间与物理地址空间的都是以page为最小管理单元，page的大小因系统而异，一般都是4KB。虚拟地址空间有到物理地址空间的映射，如果要访问的虚拟地址空间没有映射到物理地址空间，操作系统会产生缺页中断，将虚拟地址空间映射到物理地址空间。
因此，程度的虚拟地址空间比物理的地址空间要大的多。在较多进程同时运行时，物理地址空间有可能不够，操作系统会将一部物理地址空间的内容交换到磁盘，从而腾挪出一部分物理地址空间来。磁盘上的交换区，在linux上叫swap area，windows时叫page file。
android底层基于linux，不过android是没有交换区的（为什么没有？），所以android系统的内存资源就更加宝贵。为更合理、充分利用有限内存资源，android引入一个low-memory-killer机制，在内存不足，根据规则回收一部分低优先级的进程，从而释放他们占有的内存。low-memory-killer机制我们在后面文章中单独再说。
根据官方文档，虽然没有交换区，还是有部分内存是可以被释放的。”That is with one exception: any files mmapped in without modification, such as code, can be paged out of RAM if the system wants to use that memory elsewhere. “ 就是文件映射的内存空间，如果内容没有修改，还是可以从物理内存中被换出来的。
堆和栈
做过c++开发，应该都清楚堆与栈的概念。native的程序中，地址不是堆空间就是栈空间。
堆是需要向系统申请分配的，可指定起始地址（或由系统指定）和空间大小。进程在启动时，系统会创建默认的堆空间，如c运行库中的malloc和new就在默认的堆空间中再分配空间。
也可以调用系统的接口创建新的堆空间，如linux的brk和mmap接口，windows的HeapCreate和CreateFileMapping接口。mmap与CreateFileMapping比较特别，它们是把文件（设备）映射到虚拟地址空间，读写虚拟地址空间就是读写文件的内容；文件可以是真实的文件（设备），也可以是不存在的文件，在linux叫匿名内存，windows叫共享内存。
在进程中，用的最多就是堆空间了，有系统创建的，有程序自己创建的。堆空间比较灵活，由程序自己创建与销毁。进程根据不同的需求创建各种堆空间，这些堆空间可以被访问。后面在分析app的内存时，会有各种用途的内存空间，不要被各种名称所迷惑，它们作本质上都是堆空间。堆空间本质就是由系统分配的一块连续虚拟地址空间。
栈也是一块连续的地址空间，用于存储临时变量或函数调用中传递的参数。栈的空间由程序运行时根据需要进行分配，使用完即释放。通常我们说的函数调用栈，就是这个栈。在函数调用过程中，参数和一些临时变量会保存在栈中（压栈），函数调用越深，占用栈的空间也就越大。在函数从内向外一步一步返回时，栈的空间也不断被释放（出栈）。
Private RAM和Shared RAM
从内存是否包括共享内存的角度，可分为Private RAM和Shared RAM。
Private RAM (Unique Set Size)
私有内存，被app单独占用（没有与其他进程共享）的内存。如果app进程退出的话，系统可以回收这么多内存。
Shared RAM
两个或多个进程共享的地址空间。虽然两个进程的虚拟地址空间是独立的，但都对应同一份物理地址空间。
在android，有一个描述app占用（物理）内存大小概念：按比例分配占用内存（Proportional Set Size），简称PSS。PSS = Private RAM + 按比例计算的Shared RAM。除了Private RAM，PSS还包括与其他进程共享的内存，在计算进程这部分内存大小时，按比例计算。PSS一般是大于Private RAM的。
Clean RAM和Dirty RAM
从内存是否被修改的角度，可分为Clean RAM和Dirty RAM。
Clean RAM
内存在分配时，用磁盘的镜像或资源文件，或者是用0，对内存进行了填充，如果这部内存一直没有修改，就是Clean RAM。一般apk、so、tff等程序或资源文件的内存映射区域就是Clean RAM。Clean RAM可在必要时进行回收，没有影响，不会造成数据丢失。
Dirty RAM
相关，如果内存的内容有修改过，就是Dirty RAM。 参照linux的说法：Dirty means "might need writing to disk or swap." 就是说这部分内存要么一直占着，如果要回收使用，必须将其内存写到磁盘或交换区，否则就会造成数据丢失。
Private RAM和Shared RAM、Clean RAM和Dirty RAM都是针对堆(heap)内存而言的。结合这两个的两个角度，可以有4种类型堆内存。
私有内存（Private）一般是Dirty的，如虚拟机或native中通过new分配的内存，也有Clean的，如so或dex的内存映射区域。共享内存（Shared）一般都是Clean的，如共享的代码或资源，也有Dirty，比较少。
如果共享的内存是Dirty（有修改）的，这个修改会影响到共享这个内存的所有进程（类似于进程间的全局状态量）。有一种情况是：Clean的共享内存，如果其中一个进程要修改，这个进程会复制一份出来，成为私有Dirty内存，这样修改就不会影响其他共享进程。
查看app运行时的内存占用情况，android开发工具提供了一个命令，这个命令的输出基本描述app所占用内存的信息，不同版本系统的输出略有差异。
adb shell dumpsys meminfo <package_name|pid> [-d]
//The -d flag prints more info related to Dalvik and ART memory usage.运行测试的app，在命令行输入下面的命令，就可以看到app的占用内存的基本信息。
//Nexus 5 Android 4.4.4
$ adb shell dumpsys meminfo com.sample
Applications Memory Usage (kB):
Uptime: 9384089 Realtime: 16290323
** MEMINFO in pid 4893 [com.sample] **
Pss Private Private Swapped Heap Heap Heap
Total Dirty Clean Dirty Size Alloc Free
------ ------ ------ ------ ------ ------ ------
Native Heap 2181 2164 0 0 5616 4895 228
Dalvik Heap 1664 960 0 0 17228 17130 98
Dalvik Other 1175 1076 0 0
Stack 76 76 0 0
Other dev 1086 1040 4 0
.so mmap 731 364 0 0
.apk mmap 57 0 0 0
.ttf mmap 2 0 0 0
.dex mmap 1007 68 732 0
Other mmap 5 4 0 0
Graphics 41056 41056 0 0
GL 3344 3344 0 0
Unknown 72 72 0 0
TOTAL 52456 50224 736 0 22844 22025 326
Objects
Views: 47 ViewRootImpl: 1
AppContexts: 3 Activities: 1
Assets: 2 AssetManagers: 2
Local Binders: 7 Proxy Binders: 15
Death Recipients: 0
OpenSSL Sockets: 0
SQL
MEMORY_USED: 0
PAGECACHE_OVERFLOW: 0 MALLOC_SIZE: 0
Applications Memory Usage (kB)：所有内存大小数值单位是kB。
Uptime: 9384089 Realtime: 16290323：upTime是系统启动以来的时间，不包括休眠时间；Realtime是也是启动时间，但包括休眠时间。upTime与Realtime单位都是微秒。
Native Heap
Native是在c/c++层分配的地址空间。如用malloc或mmap分配的内存空间，就会计算到Native Heap。
Dalvik Heap
在虚拟机(Dalvik）中分配的内存，java中new对象就是从Dalvik Heap分配内存。Dalvik Heap是内存的再次分配，Dalvik先申请一块Native的堆空间（好像是通过mmap分配的），然后将这块空间再次分配给new的对象。GC就是将不再被引用的对象回收，释放对象占用的内存空间。
其他的都是系统创建与使用的一些内存空间，可能了解下。
Dalvik Other：虚拟机其他内存空间。
Stack：栈空间。
Other dev：安卓属性系统服务和安卓进程间通信binder机制所用的设备文件内存映射。
.so mmap：so（native动态链接库）的内存映射空间。
.apk mmap：apk包文件的内存映射空间。
.ttf mmap：字体文件的的内存映射空间。
.dex mmap：dex文件的内存映射空间。
Other mmap：包括全部其他非匿名内存映射的东东。例如：安卓框架动态链接库/system/framework/.odex； unicode编码动态链接库/system/usr/.dat等； [vectors]貌似ARM特有的东西；代码段/system/bin/app_process；程序中通过执行系统调用运行的链接器/system/bin/linker。
Graphics：UI渲染占据的内存空间。每个Activity都有一个Surface，Surface会引用绘制缓存。
GL：OpenGL??
Unknown: 其他??
有一个测试的妹子（有时发现测试对有些问题的研究比开发还有深度）对app用到内存总结了一张表，挺全面的，可以参考下。
对于android开发，重点要关注Dalvik Heap，在java层运行的代码的内存分配与释放都在Dalvik Heap。内存相关的问题大都由Dalvik Heap引发的。
前面说过，Dalvik Heap是内存的再次分配，相当于一个内存池。app进程都是从进程由zygote中fork出来的，进程应该有虚拟机初始化的逻辑。虚拟机可看成进程中一个native模块（或组件)，它会向系统申请一块内存，这块内存用于java对象的空间分配。所有分配的java对象虚拟机都有记录，虚拟机中有一个专门的GC线程，它会根据规则检查java对象的引用关系，如果有对象没有再被引用，它就会主动回收这个java对象，释放它占有的内存空间。GC机制在一定程度上解决了C++中面临时的内存问题，简单化的程序开发、调试的难度，但也有一定的负作用。在后面的文章中专门讲下GC机制与问题。
Dalvik Heap是虚拟机中的内存空间，它的大小也是有一定限制，因为内存资源总是有限的。这也是OOM问题的来由。Dalvik Heap的大小因手机和系统而异，可以通过系统接口获取（单位是MB）。
int maxMemory = ((ActivityManager)getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE)).getMemoryClass();
int largeMaxMemory = ((ActivityManager)getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE)).getLargeMemoryClass();
Log.d(TAG, "maxMemory:" + maxMemory);
Log.d(TAG, "largeMaxMemory:" + largeMaxMemory); 除了普通堆大小，还有一个Large Heap大小，对于内存密集的APP可以使用Large Heap。Large Heap可在工程的manifest文件中配置。在Nexus 4(4.4.4)手机上，普通堆大小与Large Heap大小，分别为：
09-07 20:12:14.498 13901-13901/? D/MainActivity: maxMemory:192
09-07 20:12:14.498 13901-13901/? D/MainActivity: largeMaxMemory:512
不能把Large Heap作为解决内存问题的第一手段，设置Large Heap虽然可以解决一些问题，但会导致APP的后台的存活率降低。作为合格的程序员，我们的任务是用有限的内存实现无限的功能。问题总是会有，但方法总比问题多，下面会简单说下常见的内存问题，每个内存问题会在后面结果实际的例子进行详细的分析。
内存泄露（Memory Leak)
内存溢出（Out of Memory)
内存占用过多
GC导致性能下降
【参考资料】
http://www.programering.com/a/MDNyEzNwATg.html
http://stackoverflow.com/questions/2298208/how-do-i-discover-memory-usage-of-my-application-in-android
https://developer.android.com/studio/profile/investigate-ram.html#LogMessages
https://developer.android.com/training/articles/memory.html#Android
内存动态分配函数malloc的基本实现原理