为什么内存优化这么重要

应用功能越来越复杂，内存占用也跟着涨。内存是稀缺资源，一旦占用过高，系统就开始频繁回收和分配内存，应用性能下降、卡顿、甚至崩溃。把内存占用降下来，应用响应速度更快，系统资源节省，设备运行效率提升，续航时间也能延长。

HarmonyOS提供了几个实用的内存管理工具：onMemoryLevel()监听系统内存变化、LRUCache缓存管理、生命周期管理释放资源、Purgeable Memory机制管理可回收内存、图片尺寸调整避免浪费。

图片尺寸：最容易忽视的内存浪费

页面多、图片多、效果丰富的应用，内存最容易超标。一张全屏图片，不同分辨率内存占用差好几倍。比如4032×3024的RGBA格式图片，加载到500×500的Image组件里，图片申请约46.5MB内存，组件实际只需要约1MB。

纹理图片内存大小计算公式：imageWidth × imageHeight × format。4032×3024×4 = 48771072 bytes ≈ 46.5M。

图片尺寸超过控件显示区域，会被裁剪或缩放，频繁裁剪缩放不仅降低视觉效果，还浪费内存增加功耗。最直接的优化方法是手动调整源文件尺寸，使其与组件大小一致，避免不必要的内存浪费。

Column() {
  Image($r('app.media.image'))
    .width("500px")
    .height("500px")
}

用500×500尺寸的Image组件加载一张4032×3024的RGBA格式图片，内存浪费了45.5MB。改成500×500的源文件，内存占用降到约1MB，节省98%内存。

LRUCache：缓存管理的利器

image.png
LRU（最近最少使用）算法基于时间局部性原理，最近被访问的数据在未来被访问概率较高。LRUCache是ArkTS中常用的缓存工具，基于LRU算法实现，主要用于缓存频繁访问的数据，如图片和网络请求结果。

LRUCache通过LinkedHashMap实现，HashMap用于快速查找数据，LinkedHashMap双向链表用于记录数据顺序。LruCache中LinkedHashMap的顺序设置为LRU顺序，链表头部的对象为近期最少用到的对象。

缓存空间不足时，根据LRU算法替换最近最少使用的数据，确保缓存空间有效利用。

import { util } from '@kit.ArkTS';

export class LRUCacheUtil {
  private static instance: LRUCacheUtil;
  private lruCache: util.LRUCache<string, Object>;

  private constructor() {
    this.lruCache = new util.LRUCache(64);
  }

  public static getInstance(): LRUCacheUtil {
    if (!LRUCacheUtil.instance) {
      LRUCacheUtil.instance = new LRUCacheUtil();
    }
    return LRUCacheUtil.instance;
  }

  public isEmpty(): boolean {
    return this.lruCache.isEmpty();
  }

  public getCapacity(): number {
    return this.lruCache.getCapacity();
  }

  public updateCapacity(newCapacity: number): void {
    this.lruCache.updateCapacity(newCapacity);
  }

  public putCache(key: string, value: Object): void {
    this.lruCache.put(key, value);
  }

  public remove(key: string): void {
    this.lruCache.remove(key);
  }

  public getCache(key: string): Object | undefined {
    return this.lruCache.get(key);
  }

  public contains(key: string): boolean {
    return this.lruCache.contains(key);
  }

  public clearCache(): void {
    this.lruCache.clear();
    this.lruCache.updateCapacity(64);
  }
}

设计缓存工具类，包含LRUCache单例及操作LRUCache的方法，通过静态方法获取实例确保全局唯一。缓存工具类支持各组件间共享缓存数据，避免重复创建实例和数据冗余，提高系统性能和效率，减少内存占用，提升数据访问速度。

在组件中使用缓存：

import { LRUCacheUtil } from '../utils/LRUCacheUtil';

@Entry
@Component
struct Index {
  aboutToAppear(): void {
    const lruCache: LRUCacheUtil = LRUCacheUtil.getInstance();
    lruCache.putCache('nation', 10);
    lruCache.putCache('menu', 8);
    const result0: number = lruCache.getCache('2') as number;
    console.log('result0:' + result0);
    lruCache.remove('2');
    const result2: boolean = lruCache.contains('1');
    console.log('result2:' + result2);
    lruCache.updateCapacity(110);
  }

  build() {
    Row() {
      Column() {
        Text('Hello World')
          .fontSize(50)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
      }
      .width('100%')
    }
    .height('100%')
  }
}

LRUCache常用方法：

  • get()：根据key查询对应value，查询到后将对象移到链表尾端并返回
  • put()：将key-value对添加到缓存，新对象存储在链表尾端，缓存达到最大值时移除链表头部对象
  • remove()：删除key对应的缓存value
  • updateCapacity()：设置缓存存储容量，新容量小于原容量时仅保留新容量大小的数据

生命周期管理：及时释放资源

管理对象生命周期，释放资源、销毁对象、优化ArkTS内存。在UIAbility组件生命周期中，Create或Foreground方法中创建资源，Background或Destroy方法中销毁资源。在页面生命周期中，onPageShow()方法中创建资源，onPageHide()方法中销毁对应资源。在组件生命周期中，aboutToAppear()方法中创建资源，aboutToDisappear()方法中销毁不再使用的对象、注销不再使用的订阅事件。

aboutToDisappear函数在组件销毁前执行，取消订阅默认网络状态变化的通知：

import { connection } from '@kit.NetworkKit';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';
import { Logger } from '../utils/Logger';

@Entry
@Component
struct Index {
  @State networkId: string = '123';
  @State netMessage: string = '初始化网络成功';
  @State connectionMessage: string = '链接成功';
  @State netStateMessage: string = '';
  private netCon: connection.NetConnection | null = null;

  aboutToDisappear(): void {
    this.unUseNetworkRegister();
  }

  useNetworkRegister(): void {
    this.netCon = connection.createNetConnection();
    this.netStateMessage += '连接';
    this.netCon.register((error) => {
      if (error) {
        Logger.error('register error:' + error.message);
        return;
      }
      this.getUIContext().getPromptAction().showToast({
        message: '连接成功',
        duration: 1000
      });
    })
    this.netCon.on('netAvailable', (netHandle) => {
      this.netStateMessage += '连接' + netHandle.netId + '\n';
    })
    this.netCon.on('netBlockStatusChange', (data) => {
      this.netStateMessage += '更换' + data.netHandle.netId + '\n';
    })
  }

  unUseNetworkRegister(): void {
    if (this.netCon) {
      this.netCon.unregister((error: BusinessError) => {
        if (error) {
          Logger.error('unregister error:' + error.message);
          return;
        }
        this.netStateMessage += 'listener';
      })
    } else {
      this.netStateMessage += 'listener_fail';
    }
  }

  build() {
    Column() {
      Text('Hello Word')
        .fontSize(20)
        .fontWeight(FontWeight.Bold)
    }
    .width(200)
  }
}

onMemoryLevel：监听系统内存变化

onMemoryLevel()是HarmonyOS提供的监听系统内存变化的接口，开发者可以调整应用内存。回调包括三种方式：AbilityStage、UIAbility和EnvironmentCallback。

MemoryLevel分为三种等级：

  • MEMORY_LEVEL_MODERATE（值为0）：系统内存达到中等水平，系统根据LRU缓存规则开始杀死进程
  • MEMORY_LEVEL_LOW（值为1）：系统内存不足，应释放不必要的资源以提升系统性能
  • MEMORY_LEVEL_CRITICAL（值为2）：系统内存严重不足，应立即释放所有不必要的资源，系统可能终止所有缓存中的进程，并开始终止应当保持运行的进程

结合onMemoryLevel()监听内存变化，设置对应清理缓存的机制：

import { AbilityConstant, UIAbility, Want } from '@kit.AbilityKit';
import { LRUCacheUtil } from '../utils/LRUCacheUtil';

export default class EntryAbility extends UIAbility {
  onMemoryLevel(level: AbilityConstant.MemoryLevel): void {
    if (level === AbilityConstant.MemoryLevel.MEMORY_LEVEL_CRITICAL) {
      console.log('The memory of device is critical, release memory.');
      if (!LRUCacheUtil.getInstance().isEmpty()) {
        LRUCacheUtil.getInstance().clearCache();
      }
    }
  }

  onCreate(want: Want, launchParam: AbilityConstant.LaunchParam): void {
    console.info('Ability onCreate');
  }

  onDestroy(): void {
    console.info('Ability onDestroy');
  }
}

后台已冻结的应用，AbilityStage、UIAbility和EnvironmentCallback的onMemoryLevel()不可回调。

Purgeable Memory：C++内存管理机制

Purgeable Memory是HarmonyOS中native层的内存管理机制，适用于图像处理的Bitmap、流媒体应用的一次性数据和图片。应用可使用Purgeable Memory存放内部缓存数据，系统根据淘汰策略管理所有Purgeable内存。当系统内存不足时，系统通过丢弃Purgeable内存快速回收资源，释放更多内存给其他应用程序。

访问Purgeable内存的流程：判断Purgeable内存的数据是否已被回收，如果已回收需重建数据。访问Purgeable内存时，引用计数refcnt加1；访问结束后，refcnt减1。当refcnt为0时，Purgeable内存可被系统回收。

Purgeable内存回收流程：当引用计数为0时，丢弃Purgeable内存中的数据，并标记为已回收。

urgeable内存访问流程图
image.png

Purgeable内存回收流程图
image.png

在CMakeLists.txt文件中引入Purgeable对应的动态链接库：

cmake_minimum_required(VERSION 3.4.1)
project(MyNativeApplication)
set(NATIVERENDER_ROOT_PATH ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR})
if(DEFINED PACKAGE_FIND_FILE)
    include(${PACKAGE_FIND_FILE})
endif()
include_directories(${NATIVERENDER_ROOT_PATH}
                    ${NATIVERENDER_ROOT_PATH}/include)
add_library(entry SHARED napi_init.cpp)
target_link_libraries(entry PUBLIC libace_napi.z.so libpurgeable_memory_ndk.z.so)

使用Purgeable Memory：

#include "napi/native_api.h"
#define DATASIZE (4 * 1024 * 1024)
#include "purgeable_memory/purgeable_memory.h"

bool ModifyFunc(void *data, size_t size, void *param) {
    data = param;
    return true;
}

static napi_value Add(napi_env env, napi_callback_info info) {
    size_t argc = 2;
    napi_value args[2] = {nullptr};
    napi_get_cb_info(env, info, &argc, args, nullptr, nullptr);
    
    double value0;
    napi_get_value_double(env, args[0], &value0);
    double value1;
    napi_get_value_double(env, args[1], &value1);
    double result = value0 + value1;
    
    OH_PurgeableMemory *pPurgmem = OH_PurgeableMemory_Create(DATASIZE, ModifyFunc, &result);
    
    OH_PurgeableMemory_BeginRead(pPurgmem);
    size_t size = OH_PurgeableMemory_ContentSize(pPurgmem);
    ReqObj *pReqObj = (ReqObj *)OH_PurgeableMemory_GetContent(pPurgmem);
    OH_PurgeableMemory_EndRead(pPurgmem);
    
    OH_PurgeableMemory_BeginWrite(pPurgmem);
    double newResult = value0 + value0;
    OH_PurgeableMemory_AppendModify(pPurgmem, ModifyFunc, &newResult);
    OH_PurgeableMemory_EndWrite(pPurgmem);
    
    OH_PurgeableMemory_Destroy(pPurgmem);
    
    napi_value sum;
    napi_create_double(env, result, &sum);
    return sum;
}

读取PurgeableMemory对象内容时，需要调用OH_PurgeableMemory_BeginRead，读取完成后调用OH_PurgeableMemory_EndRead。OH_PurgeableMemory_GetContent可以获取PurgeableMemory对象的内存数据。

修改PurgeableMemory对象内容时，需要调用OH_PurgeableMemory_BeginWrite，修改完成后调用OH_PurgeableMemory_EndWrite。OH_PurgeableMemory_AppendModify可以更新PurgeableMemory对象重建规则。

其他内存优化技巧

使用弱引用（Weak Reference）：在HarmonyOS应用开发中，使用弱引用避免内存泄漏，避免循环引用导致的内存泄漏问题，确保对象在不再需要时能够被正确释放。

使用Sendable：符合Sendable协议的数据可以在ArkTS并发实例间传递，减少拷贝的开销及其内存。

使用可共享对象：共享对象SharedArrayBuffer拥有固定长度，可以存储任何类型的数据，包括数字、字符串等。SharedArrayBuffer支持在多线程之间传递，传递之后的SharedArrayBuffer对象和原始的SharedArrayBuffer对象指向同一块内存，达到内存共享的目的。

优化总结

内存优化不是一蹴而就的，需要从多个维度入手：

  1. 图片尺寸调整：最容易忽视的内存浪费，手动调整源文件尺寸使其与组件大小一致，避免不必要的内存浪费，节省大量内存
  2. LRUCache缓存管理：使用LRU算法缓存频繁访问的数据，缓存空间不足时替换最近最少使用的数据，确保缓存空间有效利用
  3. 生命周期管理：及时释放不再使用的资源、销毁对象、注销订阅事件，避免内存泄漏
  4. onMemoryLevel监听：根据系统内存变化动态调整应用内存，系统内存不足时释放不必要的资源
  5. Purgeable Memory：适用于图像处理的Bitmap、流媒体应用的一次性数据，系统内存不足时快速回收资源
  6. 其他优化技巧：弱引用避免内存泄漏、Sendable减少拷贝开销、SharedArrayBuffer实现内存共享

通过这些优化手段，可以有效减少应用内存占用，提高应用性能和响应速度，节省系统资源，提升设备运行效率，延长设备续航时间。开发者在应用开发过程中应注重内存管理，采取措施减少内存占用，优化应用性能和用户体验。

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