MMAT - Android自动化内存分析工具

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在开发Android App过程中我们通常使用LeakCanary进行内存泄漏检测, 它基本原理是在App运行时检测Activity、Fragment是否产生内存泄漏, 如果有内存泄漏则进行dump hprof, 然后分析该泄漏的GC ROOT, 最终通过通知栏通知用户内存泄漏的情况. 这种方式能够在开发app时简单、有效地找出内存泄漏.

但是由于LeakCanary是app运行时发现泄漏之后立即dump 内存快照，并且实时进行内存分析, 而由于移动设备的计算能力有限, 导致如果内存泄漏较多时使用LeakCanary并不能在运行时分析出所有内存泄漏，例如当LeakCanary正在分析一次内存泄漏时又产生了另外的内存泄漏, 而在LeakCanary分析完所有内存泄漏之前用户可能已经退出了app.

因此需要另外一种补充机制, 能够在App运行结束之后进行全面、自动地离线分析app内存泄漏, 一次性分析出本次App运行产生的所有Activity、Fragment的内存泄漏, 那么将会让内存泄漏分析更加全面、高效.

MMAT就是为了解决这个问题, 它的核心思路是用户在操作完app (可以是工程师自己操作，也可以通过运行Monkey进行随机操作)之后，通过adb shell命令将app退回到主页面, 然后再退回桌面 (此时应用的Application 还存在, 但是所有Activity都应该被销毁, app处于后台状态。如果此时还有Activity、Fragment实例, 那么代表产生了内存泄漏). 当App处于后台状态时dump App内存快照到pc上, 然后再通过MMAT进行离线分析, 最终得到内存泄漏的完整报告.

一、MMAT 工作流程

如果有配置monkey测试命令, 则执行monkey测试 (monkey测试会使得App会随机进入各种Activity, 这种压力测试也容易产生内存泄漏; )
- 1.1 执行monkey测试
- 1.2 回到app 主页面
- 1.3 将app退到后台, 回到手机桌面
- 1.4 通过adb shell kill -10 命令执行app的force gc (需要手机是root)
如果你不想使用monkey, 也可以自己手动操作App, 完成所有操作之后将App退到后台
运行MMAT, dump hprof内存快照
分析hprof, 得到所有Activity、Fragment泄漏的记录以及超过一定大小的Bitmap文件
将分析结果输出为html报告

MMAT Demo演示请点击下面的视频:

二、使用MMAT

注意: 因为MMAT在通过monkey操作app后会使用 adb 命令dump应用的内存信息, 因此如果你需要dump release版的app的内存信息, 请确保你的app在测试时可调试的, 即需要在 AndroidManifest.xml 的 application 节点中添加 android:debuggable="true", 请参考AndroidManifest.xml配置 (风险提示: 建议只在测试时开启debuggable=true, 对外发布的apk不要设置为true).

使用MMAT有两种方式, 一种是通过mmat gradle插件、一种是直接执行jar文件, 请参考 2.1章节和 2.2章节

2.1 通过 gradle plugin 使用MMAT

在项目的build.gradle 中添加mmat-plugin引用;
示例如下:

buildscript {

    repositories {
        // ...
    }
    
    dependencies {
        classpath 'com.android.tools.build:gradle:3.4.1'

        // add mmat plugin library
        classpath 'org.mrcd:mmat-plugin:0.9.2'
    }
}

在app module 的 build.gralde 中添加mmat-plugin与配置

apply plugin: 'com.mrcd.mmat.plugin'


// 配置 mmat plugin 
mmat {
	// json config file
    jsonConfigFile 'app/mmat-config.json'
    // 是否禁用monkey测试
    disableMonkey false
    
    // 如果设定了该参数, MMAT会直接分析该内存快照,monkey脚本会被忽略
    // hprofFile "your-hprof-file-path"
}

执行 ./gradlew startMmatRunner 进行app自动内存分析, 最终报告会存在被测试app的hprof_analysis/report/ 目录下, 报告示例参考Hprof Analysis Report.

2.2 通过jar文件使用MMAT

将mmat-1.0.jar下载到项目的根目录, 另外在项目的根目录下添加mmat-config.json配置 (如何配置请参考mmat config配置 ), 然后执行 mmat的可执行jar文件. 例如我的测试项目路径是 /User/mrsimple/test-project/, 添加 mmat-config.json 文件,并且进行相关的配置, 最后安装要测试的apk之后, 在项目根目录下执行进入到如下命令:

java -jar mmat-1.0.jar /User/mrsimple/test-project/mmat-config.json

执行完之后即可在 /User/mrsimple/test-project/hprof-analysis/report 下看到内存分析的html报告. 如下图所示:

报告中第一行为报告的标题，第二行给出了运行测试的手机型号、系统版本等信息。再往后就是内存泄漏的记录列表，例如第一条记录为:

1. com.example.mmat.MemoryLeakActivity (0x12d552d0) instance (2.06 MB)

* leaked ==> com.example.mmat.MemoryLeakActivity (0x12d552d0) instance (2.06 MB)
  item -> java.util.LinkedList$Node
    first -> java.util.LinkedList
		sActivityLeaked -> static com.example.mmat.MemoryLeakActivity
			[15] -> array java.lang.Object[]
				runtimeInternalObjects -> dalvik.system.PathClassLoader
					contextClassLoader -> thread java.lang.Thread (named 'null')

其中leaked ==> 后的MemoryLeakActivity就是泄漏的Activity,它的内存地址为0x12d552d0, 持有的内存大小为 2.06MB. 后续跟着的就是这个Activity实例的引用链, 通过分析这个引用链就能够找到造成内存泄漏的关键点。整个引用链的输出顺序是按照MAT的格式输出, 如果我们将本次得到的内存快照经过hprof-conv之后导入MAT (也就是Memory Analyzer Tool,我们常用来分析内存泄漏的工具, MMAT就是基于MAT命名的.), 找到地址为0x12d552d0的MemoryLeakActivity，得到的引用链如下图所示:

可以看到，我们通过MMAT输出的引用链与通过MAT得到的基本一致。

再回过头来分析上图中的第一条内存泄漏记录, 对于我们来说, 造成内存泄漏的关键点是static com.example.mmat.MemoryLeakActivity.sActivityLeaked (这个需要根据自己的代码以及报告中的信息具体分析), 表示的是MemoryLeakActivity类中的静态字段 sActivityLeaked 引用了这个MemoryLeakActivity实例. 从后续的引用链信息看, 这个sActivityLeaked应该是一个LinkedList类型, MemoryLeakActivity是它的其中一个元素.

我们再到MemoryLeakActivity中查看 sActivityLeaked 相关的代码, 如下所示:

/**
 * 产生内存泄漏的页面
 */
public class MemoryLeakActivity extends AppCompatActivity {

    private static List<Activity> sActivityLeaked = new LinkedList<>() ;
    
    // ... 其他代码
    
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_leak);
        
		 // memory leaked
        sActivityLeaked.add(this) ;
    }
}

可以看到, 我们在 onCreate 函数中将MemoryLeakActivity添加到 sActivityLeaked中, 但是没有在任何地方删除, 因此造成了内存泄漏, 去掉相关的代码即可解决这个内存泄漏.

其他的内存泄漏也是通过类似的方法根据报告进行分析即可.

其他重要配置

如果你不想通过Monkey操作App, 也可以自己操作App进入、退出各个Activity, 然后将App退到后台, 再将 mmat 配置文件中的monkey_command置空, 然后再执行 ./gradlew startMmatRunner, 此时就会直接dump app的内存快照, 然后进行后续的拉取内存快照以及分析内存的工作.

而如果你已经有了一份App的内存快照hprof文件, 你可以在mmat配置中执行 hprof的路径 (即 hprofFile 参数),然后执行 ./gradlew startMmatRunner任务, MMAT将直接分析这个 hprof文件, 最终分析出该内存快照中的内存泄漏.

三、mmat-config.json 配置说明

package: 要测试的应用包名, 必填
main_activity: 应用的主页面的类路径,必填 (需要在AndroidManifest.xml 注册时添加exported=true)
monkey_command: monkey 命令(字符串命令)或者shell脚本路径(完整的文件路径)
enable_force_gc: dump hprof 文件之前是否对目标App force gc (默认为true)
hprof_dir: dump出来的hprof存放在Android设备中的根目录(默认为/sdcard/), Android 系统默认不允许访问/sdcard/时可以配置这个参数修改hprof存储路径, 否则无法adb pull hprof文件.
detect_leak_classes: 要检测内存泄漏的类列表, 主要是Activity、Fragment的子类. 如果你没有其他的类型需要检测，则不需要修改这个配置;
excluded_refs : 要排除的产生泄漏的对象 (例如Android系统自己的内存泄漏),只有弱引用和软引用的对象通常也要排除
- class : 要排除的类名
- fields : 字段列表, 即排除某个类的某个字段产生的内存泄漏
- type: 代表是静态字段(static) 还是实例字段(instance)产生的内存泄漏
bitmap_report : bitmap报告配置
- max_report_count: 报告中最多输出多少张图片, 设置为-1时不做数量限制
- min_width : 报告中如果图片的宽度小于这个值则不输出
- min_height: 报告中如果图片的高度小于这个值则不输出

mmat-config.json 示例如下:

{
	"package": "com.example.mmat",
	"main_activity": "com.example.mmat.MainActivity",
	"monkey_command": "adb shell monkey -p com.example.mmat --ignore-crashes --ignore-timeouts --ignore-native-crashes --ignore-security-exceptions --pct-touch 40 --pct-motion 25 --pct-appswitch 10 --pct-rotation 5 -s 12358 -v -v -v --throttle 300 200",
	// "monkey_command": "/User/mrsimple/test_monkey.sh",   // monkey脚本配置
	"enable_force_gc": true,
	"hprof_dir": "/data/local/tmp/",
	"detect_leak_classes": [
		"android.app.Activity", 
		"android.app.Fragment", 
		"android.support.v4.app.Fragment"
	],
	"excluded_refs": [
		{
			"class": "java.lang.ref.WeakReference",
			"fields": ["referent"],
			"type": "instance"
		},
		{
			"class": "java.lang.ref.SoftReference",
			"fields": ["referent"],
			"type": "instance"
		},
		{
			"class": "java.lang.ref.FinalizerReference",
			"fields": ["referent"],
			"type": "instance"
		},
		{
			"class": "android.arch.lifecycle.ReportFragment",
			"fields": [],
			"type": "static"
		}
	],
	"bitmap_report": {
		"max_report_count": 20,
		"min_width": 200,
		"min_height": 200
	}
}

上述示例中Monkey的事件数量只有200次, 真实的测试场景可以设置为更高的事件数, 例如我们的Jenkins平台中Monkey测试事件数会设置为几万次. 具体事件数量开发者可以根据情况进行设定, 但不应该设置为太低的事件数, 否则内存泄漏可能不容易出现.

四、AndroidManifest.xml application 配置样例

注意, 只在【测试时】添加这些配置即可 (可以通过 flavor 对不同版本进行不同的配置).

application中配置 android:debuggable="true", 这样确保在debug、release模式下可以通过 adb shell dump 内存数据 (hprof)
MainActivity (App主页面) 中配置 android:exported="true" 和 android:launchMode="singleTask"
- android:exported="true": 保证可以通过 adb shell 启动主页面
- android:launchMode="singleTask" : 保证通过adb shell 启动主页面时, Activity栈中的其他页面会被清除. 此时只有主页面在栈顶, 即除了主页面之外的其他Activity都应该已经销毁. 这样通过Monkey测试完之后, 再通过 adb shell 启动主页面后就只有主页面存在, 然后再通过adb shell将app退到后台, 此时主页面也会被销毁, 然后再dump 内存快照, 再分析内存, 此时如果还存在Activity、Fragment则表示产生了内存泄漏.

示例如下:

    <application
        android:debuggable="true"
            
        android:allowBackup="true"
        android:icon="@mipmap/ic_launcher"
        android:label="@string/app_name"
        android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
        android:supportsRtl="true"
        android:theme="@style/AppTheme">
        
        <activity android:name=".MainActivity" android:exported="true" android:launchMode="singleTask">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>

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