Android Bitmap 使用详解及加载优化

每一个 Android App 中都会使用到 Bitmap，它也是程序中内存消耗的大户，当 Bitmap 使用内存超过可用空间，则会报 OOM。

Bitmap 占用内存分析

Bitmap 用来描述一张图片的长、宽、颜色等信息。通常情况下，我们可以使用 BitmapFactory 来将某一路径下的图片解析为 Bitmap 对象。

当一张图片加载到内存后，具体需要占用多大内存呢？

getAllocationByteCount 探索

我们可以通过 Bitmap.getAllocationByteCount() 方法获取 Bitmap 占用的字节大小，比如以下代码：


上图中 rodman 是保存在 res/drawable-xxhdpi 目录下的一张 600*600，大小为 65Kb 的图片。打印结果如下：

I/Bitmap: bitmap size is 1440000

默认情况下 BitmapFactory 使用 Bitmap.Config.ARGB_8888 的存储方式来加载图片内容，而在这种存储模式下，每一个像素需要占用 4 个字节。因此上面图片 rodman 的内存大小可以使用如下公式来计算：

宽 * 高 * 4 = 600 * 600 * 4 = 1440000

屏幕自适应

但是如果我们在保证代码不修改的前提下，将图片 rodman 移动到（注意是移动，不是拷贝）res/drawable-xhdpi 目录下，重新运行代码，则打印日志如下：

I/Bitmap: bitmap size is 3240000

可以看出我们只是移动了图片的位置，Bitmap 所占用的空间竟然上涨了 125%。这是为什么呢？

实际上 BitmapFactory 在解析图片的过程中，会根据当前设备屏幕密度和图片所在的 drawable 目录来做一个对比，根据这个对比值进行缩放操作。具体公式为如下所示：

1. 缩放比例 scale = 当前设备屏幕密度 / 图片所在 drawable 目录对应屏幕密度
2.Bitmap 实际大小 = 宽 * scale * 高 * scale * Config 对应存储像素数

在 Android 中，各个 drawable 目录对应的屏幕密度分别为下：

目录 drawable-mdpi drawable-hdpi drawable-xhdpi drawable-xxhdpi drawable-xxxhdpi
density 1 1.5 2 3 4
densityDpi 160 240 320 480 640

我运行的设备是 Nexus 5，屏幕密度为 480。如果将 rodman 放到 drawable-hdpi 目录下，最终的计算公式如下：

rodman 实际占用内存大小 = 600 * (480 / 320) * 600 * (480 / 320) * 4 = 3240000

assets 中的图片大小

Android 中的图片不仅可以保存在 drawable 目录中，还可以保存在 assets 目录下，然后通过 AssetManager 获取图片的输入流。那这种方式加载生成的 Bitmap 是多大呢？同样是上面的 rodman.png，这次将它放到 assets 目录中，使用如下代码加载：

try {
    val inputStream = assets.open("rodman.png")
    val bitmap = BitmapFactory.decodeStream(inputStream)
    Log.i("Bitmap", "bitmap size is " + bitmap.allocationByteCount)
    image.setImageBitmap(bitmap)
 } catch (e: Exception) {
 }

最终打印结果如下：

I/Bitmap: bitmap size is 1440000

可以看出，加载 assets 目录中的图片，系统并不会对其进行缩放操作。

Bitmap 加载优化

上面的例子也能看出，一张 65Kb 大小的图片被加载到内存后，竟然占用了 3240000 个字节，也就是 3.24M 左右。因此适当时候，我们需要对需要加载的图片进行缩略优化。

修改图片加载的 Config

修改占用空间少的存储方式可以快速有效降低图片占用内存。比如通过 BitmapFactory.Options 的 inPreferredConfig 选项，将存储方式设置为 Bitmap.Config.RGB_565。这种存储方式一个像素占用 2 个字节，所以最终占用内存直接减半。如下：


打印日志如下:

I/Bitmap: bitmap size is 1620000

另外 Options 中还有一个 inSampleSize 参数，可以实现 Bitmap 采样压缩，这个参数的含义是宽高维度上每隔 inSampleSize 个像素进行一次采集。比如以下代码：

因为宽高都会进行采样，所以最终图片会被缩略 4 倍，最终打印效果如下：

I/Bitmap: bitmap size is 405000

Bitmap 复用

场景描述

如果在 Android 某个页面创建很多个 Bitmap，比如有两张图片 A 和 B，通过点击某一按钮需要在 ImageView 上切换显示这两张图片，实现效果如下所示：


可以使用以下代码实现上述效果：

class BitmapPoolActivity : AppCompatActivity() {

    var reuseBitmap: Bitmap? = null
    var resIndex = 0
    val resId = arrayOf(R.drawable.rodman, R.drawable.rodman2)
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_bitmap_pool)
        val options = BitmapFactory.Options()
        options.inMutable = true
        reuseBitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, resId[0], options)

        switchImage.setOnClickListener {
            poolImage.setImageBitmap(getBitmap())
        }
    }

    private fun getBitmap(): Bitmap {
        val options = BitmapFactory.Options()
        return BitmapFactory.decodeResource(resources, resId[resIndex++ % 2], options)
    }
}

但是在每次调用 switchImage 切换图片时，都需要通过 BitmapFactory 创建一个新的 Bitmap 对象。当方法执行完毕后，这个 Bitmap 又会被 GC 回收，这就造成不断地创建和销毁比较大的内存对象，从而导致频繁 GC（或者叫内存抖动）。像 Android App 这种面相最终用户交互的产品，如果因为频繁的 GC 造成 UI 界面卡顿，还是会影响到用户体验的。可以在 Android Studio Profiler 中查看内存情况，多次切换图片后，显示的效果如下：


使用 Options.inBitmap 优化

实际上经过第一次显示之后，内存中已经存在了一个 Bitmap 对象。每次切换图片只是显示的内容不一样，我们可以重复利用已经占用内存的 Bitmap 空间，具体做法就是使用 Options.inBitmap 参数。将 getBitmap 方法修改如下：

class BitmapPoolActivity : AppCompatActivity() {

    var reuseBitmap: Bitmap? = null
    var resIndex = 0
    val resId = arrayOf(R.drawable.rodman, R.drawable.rodman2)
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_bitmap_pool)
        val options = BitmapFactory.Options()
        options.inMutable = true
        reuseBitmap = BitmapFactory.decodeResource(resources, resId[0], options)

        switchImage.setOnClickListener {
            poolImage.setImageBitmap(getBitmap())
        }
    }

    private fun getBitmap(): Bitmap {
        val options = BitmapFactory.Options()
        options.inJustDecodeBounds = true
        BitmapFactory.decodeResource(resources, resId[resIndex % 2], options)
        if (canUseForInBitmap(reuseBitmap!!, options)) {
            Log.e("BitmapPoolActivity", "reuseBitmap is reusable")
            options.inMutable = true
            options.inBitmap = reuseBitmap
        }
        options.inJustDecodeBounds = false
        return BitmapFactory.decodeResource(resources, resId[resIndex++ % 2], options)
    }

    private fun canUseForInBitmap(candidate: Bitmap, targetOptions: BitmapFactory.Options): Boolean {
        val width = targetOptions.outWidth / Math.max(targetOptions.inSampleSize, 1)
        val height = targetOptions.outHeight / Math.max(targetOptions.inSampleSize, 1)
        val byteCount: Int = width * height * getBytesPerPixel(candidate.config)

        return byteCount <= candidate.allocationByteCount
    }

    private fun getBytesPerPixel(config: Bitmap.Config): Int {
        return when (config) {
            Bitmap.Config.ALPHA_8 -> 1
            Bitmap.Config.RGB_565,
            Bitmap.Config.ARGB_4444 -> 2
            else -> 4
        }
    }
}

解释说明：

  • 代码中 var reuseBitmap: Bitmap? = null 处创建一个可以用来复用的 Bitmap 对象。
  • 代码中 options.inBitmap = reuseBitmap 处，将 options.inBitmap 赋值为之前创建的 reuseBitmap 对象，从而避免重新分配内存。

重新运行代码，并查看 Profiler 中的内存情况，可以发现不管我们切换图片多少次，内存占用始终处于一个水平线状态。


注意：在上述 getBitmap 方法中，复用 inBitmap 之前，需要调用 canUseForInBitmap 方法来判断 reuseBitmap 是否可以被复用。这是因为 Bitmap 的复用有一定的限制：

  • 在 Android 4.4 版本之前，只能重用相同大小的 Bitmap 内存区域；
  • 4.4 之后你可以重用任何 Bitmap 的内存区域，只要这块内存比将要分配内存的 bitmap 大就可以。

canUserForInBitmap 方法具体如下：

private fun canUseForInBitmap(candidate: Bitmap, targetOptions: BitmapFactory.Options): Boolean {
    val width = targetOptions.outWidth / Math.max(targetOptions.inSampleSize, 1)
    val height = targetOptions.outHeight / Math.max(targetOptions.inSampleSize, 1)
    val byteCount: Int = width * height * getBytesPerPixel(candidate.config)
    //新 Bitmap 内存 < 可复用占用内存
    return byteCount <= candidate.allocationByteCount
}

private fun getBytesPerPixel(config: Bitmap.Config): Int {
    return when (config) {
        Bitmap.Config.ALPHA_8 -> 1
        Bitmap.Config.RGB_565,
        Bitmap.Config.ARGB_4444 -> 2
        else -> 4
    }
}

在每次加载之前，除了 inBitmap 参数之外，我还将 Options.inMutable 置为 true，这里如果不置为 true 的话，BitmapFactory 将不会重复利用 Bitmap 内存，并输出相应 warning 日志：

W/BitmapFactory: Unable to reuse an immutable bitmap as an image decoder target.

BitmapRegionDecoder 图片分片显示

有时候我们想要加载显示的图片很大或者很长，比如手机滚动截图功能生成的图片。

针对这种情况，在不压缩图片的前提下，不建议一次性将整张图加载到内存，而是采用分片加载的方式来显示图片部分内容，然后根据手势操作，放大缩小或者移动图片显示区域。

图片分片加载显示主要是使用 Android SDK 中的 BitmapRegionDecoder 来实现。

BitmapRegionDecoder 基本使用

首先需要使用 BitmapRegionDecoder 将图片加载到内存中，图片可以以绝对路径、文件描述符、输入流的方式传递给 BitmapRegionDecoder，如下所示：

    /**
     * 显示图片左上角 200 * 200 区域
     */
    private fun showRegionImage() {
        try {
            val inputStream = assets.open("rodman3.png")
            val decoter = BitmapRegionDecoder.newInstance(inputStream, false)
            val options = BitmapFactory.Options()

            val bitmap = decoter.decodeRegion(Rect(0, 0, 200, 200), options)
            regionImage.setImageBitmap(bitmap)
        } catch (e: Exception) {
        }
    }

运行后显示效果如下：


1598321470204.jpg

在此基础上，我们可以通过自定义View，添加 touch 事件来动态地设置 Bitmap 需要显示的区域 Rect。具体实现网上已经有很多成熟的轮子可以直接使用，比如 LargeImageView
。也有一篇比较详细文章对此介绍：Android 高清加载巨图方案。。

Bitmap 缓存

当需要在界面上同时展示一大堆图片的时候，比如 ListView、RecyclerView 等，由于用户不断地上下滑动，某个 Bitmap 可能会被短时间内加载并销毁多次。这种情况下通过使用适当的缓存，可以有效地减缓 GC 频率保证图片加载效率，提高界面的响应速度和流畅性。

最常用的缓存方式就是 LruCache，基本使用方式如下：


解释说明：

  • 图中 1 处指定 LruCache 的最大空间为 20M，当超过 20M 时，LruCache 会根据内部缓存策略将多余 Bitmap 移除。

  • 图中 2 处指定了插入 Bitmap 时的大小，当我们向 LruCache 中插入数据时，LruCache 并不知道每一个对象会占用大多内存，因此需要我们手动指定，并且根据缓存数据的类型不同也会有不同的计算方式。

总结：

详细介绍了 Bitmap 开发中的几个常见问题：

  • 一张图片被加载成 Bitmap 后实际占用内存是多大。
  • 通过 Options.inBitmap 可以实现 Bitmap 的复用，但是有一定的限制。
  • 当界面需要展示多张图片，尤其是在列表视图中，可以考虑使用 Bitmap 缓存。
  • 如果需要展示的图片过大，可以考虑使用分片加载的策略
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