新版 OutOfMemoryErrorを知る

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2013年5月6日に横浜Android and モバイルOS プラットフォーム部で発表した資料です。Androidアプリ開発者向けにOutofMemoryErrorの発生原理とメモリ管理について最新事情を加味してまとめました。Androidアプリにおけるメモリ事情は(初期に比べたら)改善していますが、OpenCVなど画像処理の需要、高解像度対応を踏まえると依然として十分とは言いがたいユースケースもあります。そんな中でメモリ資源をうまく使うための指標となれば幸いです。

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新版 OutOfMemoryErrorを知る

  1. 1. 日本Androidの会 日高正博 1
  2. 2.  組込エンジニアです  Androidとか。関西が生息圏でした。  techbooster.org みてね  本もあるよ 2 Twitter Account @mhidaka
  3. 3.  2010年5月の関西支部勉強会での発表が初版 ◦ 思いのほか「OutOfMemoryErrorを知る」PDFが浸透してた。 古い内容、補足したい項目が多い さすがに3年経つと…というわけで再度まとめました。  ARが流行する兆し ◦ Androidの性能は向上、以前よりOOMは発生しにくい ◦ 性能向上はOpenCVなど画像処理の利用を推進 今でもメモリ管理は重要な技術 3
  4. 4. 4
  5. 5. Androidのメモリ管理Androidのメモリ管理 • Dalvik VM、Linuxのメモリ管理の役割分担 • Java HeapとNative Heapの考え方 • AndroidのGC、Java Heap量の情報 メモリ使用の最適化メモリ使用の最適化 • Bitmapを使う上での注意点と最適化手法 • アクティビティ、ライフサイクルのメモリリーク予防法(未完) • OOMさせないキャッシュシステム(未完) 5
  6. 6. 6
  7. 7.  メモリ不足に陥ったときに発生 ◦ エラー発生は即死せざるを得ない。プログラマの敵。 7 05-14 17:16:45.035: INFO/ActivityManager(51): Config changed: { scale=1.0 imsi=310/260 loc=en_US touch=3 keys=2/1/2 nav=3/1 orien=1 layout=18} 05-14 17:16:45.075: ERROR/dalvikvm-heap(187): 2457600-byte external allocation too large for this process. 05-14 17:16:45.075: ERROR/(187): VM won't let us allocate 2457600 bytes…省略… 05-14 17:16:45.204: ERROR/AndroidRuntime(187): java.lang.OutOfMemoryError: bitmap size exceeds VM budget OOMを回避するにはAndroidのメモリ管理を知るOOMを回避するにはAndroidのメモリ管理を知る
  8. 8. レジスタベースの仮想マシンレジスタベースの仮想マシン • Dan Bornsteinおよび Google 社のエンジニアによりAndroidプラットフォームのために 設計・開発 低メモリ環境に対して最適化低メモリ環境に対して最適化 • システムプロセス Zygoteによる効率的なVMインスタンス作成 VMインスタンスの同時起動VMインスタンスの同時起動 • プロセス分離(サンドボックス)/メモリ管理/スレッドサポート Java VM?Java VM? • 動作するバイトコードがJavaバイトコードではない • 独自のDex形式。厳密にはJVMではない 8 Wikipedia:dalvik
  9. 9.  JavaHeap ◦ アプリ(VM)ごとに管理される ◦ VM内でスレッドを作った場合は スレッドでも共有されるメモリ空間 ◦ (※システム依存)  NativeHeap ◦ JITコンパイル展開用バッファや ◦ DalvikVMsystemの利用  Linux ◦ アプリからはアクセスできない特別な メモリ領域。Kernel空間 2010/5/15 9日本Androidの会/日高正博 インスタンス化したObj Java Heap クラス インスタンス化したObj NativeHeap Jitバッファ Dalvik VM利用分 Linux Kernel空間 メモリ管理 概念図
  10. 10. 10 インスタンス化したObj Java Heap クラス インスタンス化したObj NativeHeap Jitバッファ Dalvik VM利用分 Linux Kernel空間 メモリ管理 概念図 <管理可能領域> Dalvikからみて管理 可能なメモリ領域。 =Java Heap <管理不可> DalvikからみてGC 対象外領域。 =NativeHeap+System Area 管理不可部分を指して NativeHeap もあるので注意 管理不可部分を指して NativeHeapと書く記事 もあるので注意 <ユーザー空間> Linuxからみてプロセスごと 管理されるメモリ領域 <カーネル空間> Linuxカーネルが管 理するメモリ空間 プロセスがKillされたら 占用していたメモリ (ユーザー空間)は解放 される プロセスがKillされたら 占用していたメモリ (ユーザー空間)は解放 される アプリ層から見ると カーネルから見ると
  11. 11. ユーザー空間 Androidアプリ (プロセスA) JavaHeap NativeHeap Androidアプリ (プロセスB) JavaHeap NativeHeap Dalvik (プロセスC) Dalvik 管理Heap Linuxアプリ (プロセスD) Heap 11 Linuxカーネル空間
  12. 12.  マークスイープGC(BitmapMarking手法) ◦ 3つのフェーズでメモリを管理  マーク ◦ オブジェクト使用をマーク用テーブルで管理  スイープ ◦ 未使用オブジェクトがあれば掃除する  アロケーション ◦ メモリ確保要求にあわせて空き容量を探す 12 05-14 17:43:25.916: DEBUG/dalvikvm(51):05-14 17:43:25.916: DEBUG/dalvikvm(51): GC freed 637 objects / 29528 bytes in 86ms
  13. 13.  GC実装 ◦ Full GCからコンカレントGCに変更(Android 2.3) “Stop the World”の短縮  端末性能の向上に伴い、Java Heap領域が拡張 ◦ 初期heapサイズ(2MB)から ◦ Android 1.x (G1) : 16MB ◦ Android 2.x (Droid, other) : 24MB / 32MB ◦ Android 3.x (Xoom) :48MB ◦ Android 4.x (Galaxy Nexus) :64MB ◦ ◦ ※あくまでJava Heapのサイズです。Native Heapについて Dalvikは関知していない(Linuxがプロセスごとに管理) 13
  14. 14.  HoneyComb(API Level 11)以降で使用可能 ◦ メモリを大量に消費するアプリのために用意  Java Heapを拡張 ◦ 最大256MB(Android 4.xの場合。システム依存) 14 AndroidManifest.xml android:largeHeap="true" ActivityManager am = (ActivityManager)getSystemService(Activity.ACTIVITY_SERVICE); int heapSize = am.getLargeMemoryClass(); int largeHeapSize = am.getLargeMemoryClass(); Log.d("heap","Normal:" + heapSize + " Large:" + largeHeapSize); Sample http://developer.android.com/reference/android/app/ActivityManager.html
  15. 15. Java HeapのサイズJava Heapのサイズ •初期サイズが2MB、最大サイズが16~64MB(※システム依存) •Android 3.x~ ではlargeHeapが存在、256MBまで拡張 OutOfMemoryErrorの条件OutOfMemoryErrorの条件 •メモリアロケーション時に不足を検出したらスローされる。 Java Heap内で(GCしても)要求サイズ分の空きが無ければ発生 JNIでのメモリリソース消費JNIでのメモリリソース消費 •JNI内のメモリ確保はJava Heapは利用せずにNative Heapが消費される •Dalvikでは管理できず、開発者がmalloc/freeする 15
  16. 16. 解析と最適化アプローチ 16
  17. 17.  DDMSパースペクティブでVM Heap(Java Heap)が 確認できる 17http://android-developers.blogspot.jp/2011/03/memory-analysis-for-android.html
  18. 18. 18 android-sdk¥tools¥ddms.bat
  19. 19.  Android 3.x以降、BitmapはJava Heapで確保 ◦ Android 2.3まではNative Heapで確保していた  変更によるメリット ◦ DDMSによるJava Heap解析の対象になる 19
  20. 20.  public class BitmapFactory extends Object  android.graphics.BitmapFactory  Class Overview ◦ Creates Bitmap objects from various sources, including files, streams, and byte-arrays.  Public Methods ◦ static Bitmap decodeFile(String pathName, BitmapFactory.Options opts) Decode a file path into a bitmap. ◦ static Bitmap decodeResource(Resources res, int id) Synonym for decodeResource(Resources, int, android.graphics.BitmapFactory.Options) will null Options. 20
  21. 21.  Free up the memory associated with this bitmap's pixels, and mark the bitmap as "dead", meaning it will throw an exception if getPixels() or setPixels() is called, and will draw nothing.  isRecycled() Returns true if this bitmap has been recycled.  「今は使わない」というタイミングで呼んでおくと メモリが不足したときに自動的に解放してくれる 21
  22. 22.  nativeDecodeStream - doDecode - decoder->decode(stream, bitmap, prefConfig, decodeMode) 22  SkJPEGImageDecoder::onDecode - this->allocPixelRef(bm, NULL) - SkBitmap::allocPixels - HeapAllocator::allocPixelRef - sk_malloc_flags(size.get32(), 0) sk_malloc_flags - void* p = malloc(size);
  23. 23.  javaBitmap = env->GetObjectField(options, gOptions_bitmapFieldID);  nativeDecodeStream - doDecode - decoder->decode(stream, bitmap, prefConfig, decodeMode, javaBitmap != NULL)) 23
  24. 24. Bitmapの取り扱い • Recycle/IsRecycle を活用 • BitmapFactory.Options. inPurgeable • Bitmap.Config に ARGB_8888 からRGB_565 にするだけでメモリ使用量半分に。 画像リソース一般 • 画像など大きなリソースはDrawableをデバイスごとに用意。 大画面向けのリソース(xxhdpiなど)の縮小処理はメモリを余分に使う • JavaHeapは使い終わったオブジェクト参照を残さない → setDrawableメソッドのnull代入 → Activityコンテキストを使いまわさない(Applicationコンテキストで代用) • System.gc()をおまじないに使う 24
  25. 25. 25 GC Bitmap LargeHeap HeapSize LruCache 1.5 Full GC Native × 16MB 1.6 Full GC Native × 16MB ○(SupportLib) 2.x Full GC Native × 24,32MB ○(SupportLib) 2.3 Concurrent GC Native × 48MB ○(SupportLib) 3.X Concurrent GC Java Heap ○(256MB) 48MB ○ 4.x Concurrent GC Java Heap ○(256MB) 64MB ○ 5.x
  26. 26.  ご清聴ありがとうございました ◦ 他にも書きたかったこと  メモリリークの考え方  エラーは取りましょう、とかく(捕まえてエラーを修正するための情報 とする)  Activityライフサイクル  メモリリークのおきやすい箇所 ライフサイクル、コンフィグの注意する箇所  onLowMemoryが追加  WeakRefの弱体化とLruCacheの使用推奨  キャッシュの考え方 26

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