研究了一波Android Native C++内存泄漏的调试

Z时代
2024-01-10
分类：综合

最近在调试Android Native层的内存泄漏问题，整理了一些笔记，分享一下

本文目录

如何查看内存信息？
Android 关键内存项介绍
如何调试内存泄漏
其他工具
复盘
相关资料推荐

如何查看内存信息？- 在代码中打印，开启一个线程，间隔固定时间打印出当前内存信息【有好多种获取内存信息的API，这里只列出其中一种方式，亲测有效】

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, "系统剩余内存:" + (info.availMem / (1024 * 1024)) + "M");
    Log.i(TAG, "系统是否处于低内存运行：" + info.lowMemory);
    Log.i(TAG, "当系统剩余内存低于" + (info.threshold / (1024 * 1024)) + "M" + "时就看成低内存运行");
    Log.i(TAG, "系统已经分配的native内存：" + (Debug.getNativeHeapAllocatedSize() / (1024 * 1024)) + "M");
    Log.i(TAG, "系统还剩余的native内存：" + (Debug.getNativeHeapFreeSize() / (1024 * 1024)) + "M");
    Log.i(TAG, "系统的所有native内存大小：" + (Debug.getNativeHeapSize() / (1024 * 1024)) + "M");}

使用adb命令行

adb shell dumpsys meminfo /

adb shell dumpsys meminfo tv.danmaku.bili

dumpsys meminfo显示的信息如图所示：

Android 关键内存项介绍

这里仅介绍我们需要重点关注的字段：

Dalvik Heap：虚拟机占用的内存，可以理解为Java层占用的内存。
Native Heap：Native层占用的堆内存，可以理解为C/C++侧占用的内存。【我们需要重点关注的项】
Private Dirty/Clean：进程私有的内存，进程销毁后，该部分内存可以被回收【Dirty/Clean：该页面是否被修改过，如果被修改过，即dirty，在页面被淘汰的时候，就会把该页面换出。】
VSS（Virtual Set Size）：表示一个进程可访问的全部内存地址空间的大小。这个大小包括了进程已经申请但尚未使用的内存空间。在实际中很少用这种方式来表示进程占用内存的情况，用它来表示单个进程的内存使用情况是不准确的。【图中没有展示，但Linux中有这个东西】
RSS（Resident Set Size）：表示一个进程在RAM中实际使用的空间地址大小，包括了全部共享库占用的内存，这种表示进程占用内存的情况也是不准确的。【图中没有展示，但Linux中有这个东西】
PSS（Proportional Set Size）：表示一个进程在RAM中实际使用的空间地址大小，它按比例包含了共享库占用的内存。假如有3个进程使用同一个共享库，那么每个进程的PSS就包括了1/3大小的共享库内存。这种方式表示进程的内存使用情况较准确，但当只有一个进程使用共享库时，其情况和RSS一模一样。【PSS 衡量的一个优点是，可以将所有进程的 PSS 加起来确定所有进程占用的实际内存。这表示 PSS 是一种理想的方式，可用来衡量进程的实际 RAM 占用比重，以及相对于其他进程和可用的总 RAM 而言，对 RAM 的占用情况。】
USS（Unique Set Size）：表示一个进程本身占用的内存空间大小，不包含其它任何成分，这是表示进程内存大小的最好方式！【图中没有展示，但Linux中有这个东西】【所以有：VSS>=RSS>=PSS>=USS】
Graphics：图形缓冲区队列为向屏幕显示像素（包括 GL 表面、GL 纹理等等）所使用的内存。（请注意，这是与 CPU 共享的内存，不是 GPU 专用内存。）【官方文档这么说的，具体啥意思我也没看懂，https://developer.android.com/studio/profile/memory-profiler】
其他字段如果想要了解可以参考官方文档：https://developer.android.com/studio/command-line/dumpsys

如何调试内存泄漏

通过排除法 + 打印当前内存信息（上面介绍过）的方法，怀疑哪里就注释掉哪里，看还会不会有泄漏【比较糙】。
代码层全局覆盖malloc和free，本质就是记录下来每个malloc的节点，存到链表里，free的时候将节点从链表里移除，如果最后链表中还有节点，则表示有内存泄漏。【大多数场景中好用，但只能检测当前代码内存的C语言代码，不能检测其他库的泄漏】
重载operator new 和 operator delete，原理和上面类似。【只能检测C++使用new delete操作的内存，不能检测malloc和free操作的内存】
使用Android Studio Profiler工具：需要Android10以上版本，具体可以看：https://developer.android.com/studio/profile/memory-profiler。【整体感觉不太好用】
在Demo侧集成tencent/matrix，可以选择hook某个动态链接库下的malloc和free符号，如果发现某个动态库中存在内存泄漏，会打印出泄漏的堆栈信息。【推荐使用】

matrix的使用

通过集成matrix库，可以选择hook某个动态链接库的malloc和free符号，然后工作方式和libctools类似，存储malloc的节点，free时候就删除该节点，最后统计内存泄漏情况。

matrix的集成方式可以看github库：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

如果出现内存泄漏，会有json和log后缀的文件，如图：

json文件会统计哪个库泄漏了多少内存，log文件会记录具体泄漏的堆栈信息。

拿到具体泄漏的堆栈信息后，可以通过addr2line工具定位到具体的代码：

/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

效果如图：

其它工具

dumpsys还有一些其它功能，使用方式如下：