Android系统Bitmap内存分配原理与优化

2023-12-22 13:57:40

一、前言

笔者最近致力于vivo游戏中心稳定性维护，在分析线上异常时，发现有相当一部分是由OutOfMemory引起。谈及OOM，我们一般都会想到内存泄漏，其实，往往还有另外一个因素——图片，如果对图片使用不当的话，很容易吃掉大量内存，从而导致异常。

尤其是游戏中心在2020末~2021初的几个重要版本，上线了很多内容相关的feature，引入大量图片、视频列表，从而导致线上OOM占比上升。

在这篇文章中，笔者将讲解一张看似普通的Bitmap对内存的占用，介绍Android Studio中帮助我们分析图片占用内存的工具，举例说明流行的两大图片加载框架：Glide、Picasso在加载图片时使用内存的不同方式，接着分析不同drawable目录下图片的显示策略，最后基于手机内存、版本，提出一种优化内存分配的方案。

二、查看图片内存占用

一张图片在内存占用的空间究竟有多少，普遍存在的一个误解是，图片本身在磁盘上/从网络下载下来是多大，就会占用多少的内存。这种说法是不正确的，图片占用内存的大小不取决于它本身的大小，而取决于图片库所采用的展示方式所申请的内存。

拿钢铁侠这张图片举例，它的尺寸是350*350，可以看到在电脑磁盘上，它只占36KB的空间。

我们创建一个简单的Demo，页面正*是一个ImageView，用于显示这*铁侠图片。

通过Android Studio进行heap dump，从而看图片所占用的内存。首先我们将显示图片时的内存快照保存下来。操作路径为Profiler -> Memory -> Heap Dump，这会生成一个dump文件，在其中可以看到当前堆的使用情况。

在下面这张图可以看到，程序运行时，“钢铁侠”这张图片占用的内存（Retained Size）是2560000bytes，约等于2.4MB内存。与它在磁盘上36KB的大小，相差了整整70倍！

小技巧：如何查看dump文件中的图片

在调试时，如果我们手头只有一个dump文件，往往需要还原图片内容，以帮助定位问题。有两种方式可以从dump文件里提取原图片。

方式一：通过Android Studio直接查看

如果dump文件来源自Android版本为7.1.1（Android N，API=25）及以下的设备，可以使用这种方法。选中Bitmap对象，直接在窗口的Bitmap Preview中查看图片内容（如上图），非常方便。

方式二：通过MAT+GIMP查看

这种方法适用于全部Android版本的设备，首先用MAT打开dump文件，有时会发生下图的错误：

原因是Android Studio的Profiler生成的dump文件不是标准格式，我们可以使用位于路径SDK/platform-tools/hprof-conv.exe的工具将其转换为标准格式，转换命令为：

hprof-conv.exe <in-file> <out-file>

将转换后的dump文件通过MAT打开，在其中找到Bitmap对象的byte[]属性，将其复制为image01.data文件。

Tip: 可以看到这里image01.data文件的尺寸是2.44MB，也正是在运行时图片所占用的内存。

然后用GIMP工具打开该文件，在格式那里选择RGBA（大部分Bitmap都使用这种格式），宽与高可以在MAT中看到，笔者这里是800 * 800。设置好格式和宽高后，就可以看到图片的真实面目了。

二、图片内存占用计算公式

在上一章节我们知道一个通过网络下载的36KB图片，在被加载到内存中时，需要2.4MB的空间。接下来解释这其中的换算关系，让我们记住一个公式：

图片占用内存 = 图片质量 * 宽 * 高

这里面有“图片质量”、“宽”、“高”三个因素，它涉及到图片加载框架的实现，不同的框架，对于这三者的默认取值是不一样的，我们以当前最流行的Picasso和Glide为例。

Picasso

在Picasso中，图片默认显示的宽高与原始图片宽高一致。仍然以这*铁侠为例，图片本身是350px * 350px，当我们把它加载到200px * 200px的ImageView当中时，占用空间是0.49MB。

因此，在目标ImageView小于图片尺寸的情况下，好的做法是使用不超过ImageView尺寸的图片源，一方面可以缩短图片下载时间，另一方面有助于优化内存占用。

Glide

Glide则采用截然不同的处理方式，它最终使用的宽高是目标ImageView的宽高。如果我们把同样一张图片加载到200px * 200px的ImageView中，占用空间只有0.16MB。

使Picasso达到与Glide同样的效果

Picasso的设计者也发现了这一缺点，提供一系列方法用来调整最终加载出来的图片尺寸，其一就是fit()，通过这个方法可以达到与Glide同样的效果。

Picasso().get().load(IMAGE_URL).fit().into(imageVIEW)

相反场景：小图加载到大ImageView中

通常为了提供更清晰的界面，防止图片拉伸后失真模糊，设计师提供的图片都是高分辨率的，我们所面临的场景是将大图加载到小ImageView中。但也不排除相反的可能：将小图加载到大ImageView里面。这时Glide默认采用的内存策略是存在不足的：它采用目标ImageView的尺寸作为最终的宽和高。

举例说明，当把350 * 350的钢铁侠图片加载到600 * 600的ImageView中时，占用的内存高达1.41MB。

600 * 600 * 4bytes = 1.41MB

有没有一种方法，可以兼顾原图片与目标ImageView不同的大小关系呢？——有的，这就是centerInside()。

Glide.with(this).load(IMAGE_URL).centerInside().into(imageView)

借助centerInside()方法，可以达到“在原图片和目标ImageView中取最小宽高作为最终加载图片的尺寸”这样的效果。

三、图片质量

什么是“图片质量”？简单说就是用多少字节来表示一个像素点的颜色，它的学名叫做“位深度”，在图片属性当中可以看到。

图片位深度通常有1位、8位、16位、24位、32位。

PNG格式有8位、24位、32位三种形式，其中8位PNG支持两种不同的透明形式（索引透明和alpha透明），24位PNG不支持透明，32位 PNG 在24位基础上增加了8位透明通道，因此可展现256级透明程度。

Glide和Picasso默认采用的图片质量都是ARGB_8888、也就是带透明度的32位深度，一个像素点需要占用4bytes的内存，这也解释了为什么上文中的计算都是采用宽_高_4bytes的公式。

注：v4开始，Glide将ARGB_8888作为默认配置。在那之前它一直默认使用RGB_565。

对客户端使用的大部分图片来说，32位深度、16位深度的显示质量是肉眼较难分辨的，但它们在占用内存上相差了整整一倍。因此，笔者建议在大部分场景下，使用RGB_565作为加载图片的模式。以下两种场景除外：

1）含透明部分的图片：如果采用RGB_565图片格式来显示图片，是无法正常展现透明区域的。比如上方这个钢铁侠图片，原本透明的部分会被显示为黑色。

2）含渐变色并且对显示质量要求高的图片：32位比16位可以支持更多的颜色，在渐变的显示上呈现更加自然的过渡（如下图）。这时我们应当在显示质量和应用性能之间作取舍。对于低端设备，应用的稳定性比显示质量更加重要，笔者强烈建议采用16位深度来显示。

四、drawable目录下图片加载方式

项目的资源目录下，一般都有drawable-mdpi、drawable-hdpi、drawable-xhdpi、drawable-xxhdpi、drawable-xxxhdpi目录，它们是用来匹配不同显示密度的设备的，对应表格如下。

通过adb shell wm density可以获取当前设备的dpi，对Nexus 6P模拟器执行后，可以读取到它的dpi是560，属于xxxhdpi。

$ adb shell wm densityPhysical density: 560

那么同一个图片放在不同目录下，对分配内存是否有影响呢？答案是有的，基于两步简单的推导：

图片所在资源目录、设备密度两者决定图片最终显示在屏幕上的像素尺寸；
像素尺寸、图片质量共同决定分配内存。

其中第2点已经在上文讲解过，这里主要分析第1点。使用图片编辑软件，将原本是350 * 350的钢铁侠图片放大至700 * 700，并分别放入xhdpi、xxxhdpi两个目录下。

为什么使用这样的组合呢？因为从上表得知，xhdpi与xxxhdpi的显示密度是1:2，意味着一台xxxhdpi的设备在显示drawable-xhdpi目录下的图片时，会将其放大为2倍进行展示。因此我们将350 * 350的骨片放入drawable-xhdpi，将700 * 700的图片放入drawable-xxxhdpi，预期它们最终在屏幕上显示的尺寸相同。

在布局里创建两个ImageView，观察这两张图片最终的显示效果，以及分配内存情况。

<FrameLayout
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:background="#000000">

    <!-- 350 * 350，位于drawable-xhdpi -->
    <ImageView
        android:id="@+id/iv_image_1"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:padding="40dp"
        android:src="@drawable/iron_man_350_square_xhdpi"
        />

    <!-- 700 * 700，位于drawable-xxxhdpi -->
    <ImageView
        android:id="@+id/iv_image_2"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:padding="40dp"
        android:layout_gravity="bottom"
        android:src="@drawable/iron_man_700_square_xxxhdpi"
        />

</FrameLayout>

显示效果以及内存分配如下：

可以分析得出以下结论：

对于显示尺寸613 * 613的图片，其占据内存为613 * 613 * 4 = 1,503,076B ≈ 1.5MB，符合上文中我们对图片内存的分析；

决定图片占用内存的是其最终显示在屏幕上的尺寸，与图片本身分辨率、在哪个drawable目录下没有直接关系；

由于xxxhdpi密度是xhdpi密度的两倍，故在屏幕密度属于xxxhdpi的Nexus 6P设备上，drawable-xxxhdpi目录下的图片被以近似于原像素尺寸（700px）进行显示（显示为613px），而位于drawable-xhdpi目录下的图片被放大至2倍显示，最终显示尺寸同样是613px。

五、优化策略

在实际的开发中，我们希望中高端机型加载更清晰的图片（ARGB_8888），以提升用户体验，对于低端机型则希望加载占用内存更小的图片（RGB_565），以降低OOM发生的概率。可以在初始化Glide时进行这样的配置。需要留意的是不要对含透明区域的图片采用这种优化方案。

@GlideModule
class MyGlideModule : AppGlideModule() {

    override fun applyOptions(context: Context, builder: GlideBuilder) {
        builder.setDefaultRequestOptions(RequestOptions().format(getBitmapQuality()))
    }

    private fun getBitmapQuality(): DecodeFormat {
        return if (Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.N || hasLowRam()) {
            // 低端机型采用RGB_565以节约内存
            DecodeFormat.PREFER_RGB_565
        } else {
            DecodeFormat.PREFER_ARGB_8888
        }
    }
}

六、小结

借助一些开源工具，我们可以便捷地定位大图，如滴滴开源的DoKit，篇幅原因不进行详细介绍。最后，对于我们日常开发总结几点建议，希望大家的应用稳定性节节攀升。

在多图的场景（比如RecyclerView）注意及时释放图片资源；
使用占据内存更小的图片格式；
图片源文件尺寸应当与目标ImageView相近；
优先满足xxhdpi、xxxhdpi的图片资源需求；
根据设备性能，采用不同的图片加载策略。

作者：vivo互联网客户端团队-Li Lei

码农公寓