开发视角探寻 Kotlin 中 [隐藏] 的内存陷阱

作者：Petterp

引言

Kotlin 是一个非常 yes 的语言，从 null安全 ，支持 方法扩展 与 属性扩展，到 内联方法、内联类 等，使用Kotlin变得越来越简单舒服。但编程从来不是一件简单的工作，所有简洁都是建立在复杂的底层实现上。那些看似简单的kt代码，内部往往隐藏着不容忽视的内存开销。

介于此，本篇将根据个人开发经验，聊一聊 Kotlin 中那些隐藏的内存陷阱，也希望每一个同学都能在 性能 与 优雅 之间找到合适的平衡。

本篇定位简单 ，主要通过示例+相应字节码分析的方式，对日常开发非常有帮助。

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学完本篇，你将了解到以下内容：

好了，让我们开始吧！

密封类的小细节

密封类用来表示受限的类继承结构：当一个值为有限几种的类型、而不能有任何其他类型时。在某种意义上，他们是枚举类的扩展：枚举类型的值集合也是受限的，但每个枚举常量只存在一个实例，而密封类的一个子类可以有可包含状态的多个实例。摘自Kotlin中文文档

关于它用法，我们具体不再做赘述。

密封类虽然非常实用，经常能成为我们多type的绝佳搭配，但其中却藏着一些使用的小细节，比如 构造函数传值所导致的损耗问题。

错误示例

如题, 我们有一个公用的属性 sum ,为了便于复用，我们将其抽离到 Fruit 类构造函数中，让子类便于初始化时传入，而不用重复显式声明。

上述代码看着似乎没什么问题？按照传统的操作习惯，我们也很容易写出这种代码。

如果我们此时来看一下字节码：

不难发现，无论是子类Apple还是父类Fruit,他们都生成了 getSum() 与 setSum() 方法 与 sum 字段，而且，父类的 sum 完全处于浪费阶段，我们根本没法用到。 ‍

显然这并不是我们愿意看到的，我们接下来对其进行改造一下。

改造实践

我们对上述示例进行稍微改造，如下所示：

如题，我们将sum变量定义为了一个抽象变量，从而让子类自行实现。对比字节码可以发现，相比最开始的示例，我们的父类 Fruit 中减少了一个 sum 变量的损耗。

那有没有方法能不能把 getsum() 和 setSum() 也一起移除呢？ ‍♂️

答案是可以，我们利用 接口 改造即可，如下所示：

如上所示，我们增加了一个名为 IFruit 的接口，并让 密封父类 实现了这个接口，子类默认在构造函数中实现该属性即可。

观察字节码可发现,我们的父类一干二净，无论是从包大小还是性能，我们都避免了没必要的损耗。

内联很好，但别太长

inline ，翻译过来为 内联 ，在 Kotlin 中，一般建议用于 高阶函数 中，目的是用来弥补其运行时的 额外开销。

其原理也比较简单，在调用时将我们的代码移动到调用处使用,从而降低方法调用时的 栈帧 层级。

栈帧： 指的是虚拟机在进行方法调用和方法执行时的数据结构，每一个栈帧里都包含了相应的数据，比如 局部参数，操作数栈等等。 Jvm在执行方法时，每执行一个方法会产生一个栈帧，随后将其保存到我们当前线程所对应的栈里，方法执行完毕时再将此方法出栈， 所以内联后就相当于省了一个栈帧调用。

如果上述描述中，你只记住了后半句，降低栈帧 ，那么此时你可能已经陷入了一个使用陷阱？

错误示例

如下截图中所示，我们随便创建了一个方法，并增加了 inline 关键字：

观察截图会发现，此时IDE已经给出了提示，它建议你移除 inline , Why? 为什么呢？

不是说内联可以提高性能吗，那么不应该任何方法都应该加 inline 提高性能吗？(就是这么倔强 )

上面我们提到了，内联是会将代码移动到调用处，降低 一层栈帧，但这个性能提升真的大吗？

再仔细想想，移动到调用处，移动到调用处。这是什么概念呢？

假设我们某个方法里代码只有两行(我想不会有人会某个方法只有一行吧 )，这个方法又被好几处调用，内联是提高了调用性能，毕竟节省了一次栈帧,再加上方法行数少(暂时抛弃虚拟机优化这个底层条件)。 但如果方法里代码有几十行？每次调用都会把代码内联过来，那调用处岂不 ，带来的包大小影响某种程度上要比内联成本更高 ‍ ！

如下图所示，我们对上述示例做一个论证：

Jvm: 我谢谢你。

推荐示例

我们在文章最开始提到了，Kotlin inline ,一般建议用于 高阶函数(lambda) 中。为什么呢？

如下示例：

转成字节码后，可以发现，tryKtx() 被创建为了一个匿名内部类 (Simple$test|1) 。每次调用时，相当于需要创建匿名类的实例对象，从而导致二次调用的性能损耗。

那如果我们给其增加 inline 呢？ ,反编译后相应的 java代码 如下：

具体对比图如上所示，不难发现，我们的调用处已经被替换为原方法，相应的 lambda 也被消除了，从而显著减少了性能损耗。

Tips

如果查看官方库相应的代码，如下所示，比如 with :

不难发现，inline 的大多数场景仅且在 高阶函数 并且 方法行数较短 时适用。因为对于普通方法，jvm本身对其就会进行优化，所以 inline 在普通方法上的的意义几乎聊胜于无。

总结如下：

• 因为内联函数会将方法函数移动到调用处，会增加调用处的代码量，所以对于较长的方法应该避免使用；
• 内联函数应该用于使用了 高阶函数(lambda) 的方法，而不是普通方法。

伴生对象，也许真的不需要

在 Kotlin 中，我们不能像 Java 一样，随便定义一个静态方法或者静态属性。此时 companion object(伴生对象)就会派上用场。

我们常常会用于定义一个 key 或者 TAG ,类似于我们在 Java 中定义一个静态的 Key。其使用起来也很简单，如下所示：

class Book {
    companion object {
        val SUM_MAX: Int = 13
    }
}

这是一段普通的代码，我们在 Book 类中增加了一个伴生对象，其中有一个静态的字段 SUM_MAX。

上述代码看着似乎没什么问题，但如果我们将其转为字节码后再看一看：

不难发现，仅仅只是想增加一个 静态变量 ，结果凭空增加了一个 静态对象 以及多增加了 get() 方法,这个成本可能远超出一个 静态参数 的价值。

const

抛开前者不谈(静态对象)，那么我们有没有什么方法能让编译器少生成一个 get() 方法呢(非private)？

注意观察IDE提示，IDE会建议我们增加一个 const 的参数，如下所示：

companion object {
    const val SUM_MAX: Int = 13
}

增加了 const 后，相应的 get() 方法也会消失掉，从而节省了一个 get() 方法。

const，在 Kotlin 中，用于修饰编译时已知的 val(只读,类似final) 标注的属性。

• 只能用于顶层的class中，比如 object class 或者 companion object；
• 只能用于基本类型；
• 不会生成get()方法。

JvmField

如果我们 某个字段不是 val 标注呢，其是 var (可变)修饰的呢,并且这个字段要对外暴漏(非private)。

此时不难猜测，相应的字节码后肯定会同时生成 set与get 方法。

此时就可以使用 @JvmField 来进行修饰。

如下所示：

class Book {
    companion object {
        @JvmField
        var sum: Int = 0
    }
}

相应的字节码如下：

Tips

让我们再回到伴生对象本身，我们真的一定需要它吗？

对于和业务强关联的 key 或者 TAG ,可以选择使用伴生对象,并为其增加 const val，此时语义上的清晰比内存上的损耗更加重要,特别在复杂的业务背景下。

但如果仅用于保存一些key,那么完全可以使用 object Class 替代，如下所示,将其回归到一个类中：

object Keys {
    const val DEFAULT_SUM = 10
    const val DEFAULT_MIN = 1
    const val LOGIN_KEY = 99
}

2022/12/6补充

使用 kotlin 文件形式去写。

这种写法属于以增加静态类的方式避免伴生对象的内存损耗，如果你的场景是单独的增加一个tag,那么这种写法比较推荐。

对于sdk的开发者,同时建议增加 @file:JvmName(“ 文件名”) ,从而禁止生成的 xxxkt类 在 java 语境下被调用到 (欺负java不识别空格 )。

@file:JvmName(" Testxx")
​
private const val TAG = "KEY_TEST_TAG"
​
class TestKt {
    private fun test() {
        println(TAG)
    }
}

Apply!=构造者模式

apply 作为开发中的常客，为我们带来了不少便利。其内部实现也非常简单，将我们的对象以函数的形式返回，this 作为接收者。从而以一种优雅的方式实现对对象方法、属性的调用。

但经常会看到有不少同学在构造者模式中写出以下代码,使用 apply 直接作为返回值，这种方式固然看着优雅，性能也几乎没有差别。但这种场景而言，如果我们注意到其字节码，会发现其并不是最佳之选。

示例

如题，我们存在一个示例Builder,并在其中添加了两个方法，即 addTitle()，与 addSecondTitle() 。后者以 apply 作为返回值，代码可读性非常好，相比前者,在 kotlin 中其显得非常优雅。

但如果我们去看一眼字节码呢？

如上所示，使用了 apply 后，我们的字节码中增加了多余步骤，相比不使用的，包大小会有一点影响，性能上几乎毫无差距。

Tips

apply 很好用，但需要区分场景。其可以改善我们在 kotlin 语义下的编程体验，但同时也不是任何场景都需要其。

如果你的方法中需要对某个对象操作多次，比如调用其方法或者属性，那么此时可以使用 apply ,反之，如果次数过少，其实你并不需要 apply 的优雅。

警惕，lazy 的使用方式

lazy，中文译名为延迟初始化，顾名思义，用于延迟初始化一些信息。

作用也相对直接，如果我们有某个对象或字段，我们可能只想使用时再初始化，此时就可以先声明，等到使用时再去初始化，并且这个初始化过程默认也是线程安全(不特定使用NONE)。这样的好处就是性能优势，我们不必应用或者页面加载时就初始化一切，相比过往的 var xx = null ，这种方式一定程度上也更加便捷。

相应的，lazy一共有三种模式，即：

• SYNCHRONIZED(同步锁，默认实现)
• PUBLICATION(CAS)
• NONE(不作处理)

lazy 虽然使用简单，但在 Android 的开发背景下，lazy 经常容易使用不当 ‍♂️，也因此常常会出现为了[便利] 而造成的性能隐患。

示例如下：

如上所示，我们延迟初始化了一个点击事件，方便在 onCreate() 中进行设置 点击事件 以及后续复用。

上述示例虽然看着似乎没什么问题。但放在这样的场景下，这个 mClickListener 本身的意义也许并不大。为什么这样说？

相似的场景有很多，如果你的lazy是用于 Android生命周期组件 ，再加上本身会在 onCreate() 等中进行调用，那么很可能完全没有必要延迟初始化。

关于 arrayOf() 的使用细节

对于 arrayOf ,我们一般经常用于初始化一个数组,但其也隐藏着一些使用细节。

通常来说，对于基本类型的数组，建议使用默认已提供的函数比如，intArrayOf() 等等，从而便于提升性能。

至于原因，我们下面来分析，如下所示：

fun test() {
    arrayOf(1, 2, 3)
}

fun testNoInteger() {
    intArrayOf(1, 2, 3)
}

我们提供了两个方法，前者是默认方法，后者是带优化的方法，具体字节码如下：

如题，不难发现，前者使用的是 java 中的 包装类型 ，使用时还需要经历 拆箱 与 装箱 ，而后者是非包装类型，从而免除了这一操作，从而节省性能。

什么是装箱与拆箱？ 背景：Java 中，万物皆对象，而八大基本类型不是对象，所以 Java 为每种基本类型都提供了相应的包装类型。 装箱就是指将基本类型转为包装类型，拆箱则是将包装类型转为基本类型。

总结

本篇中，我们以日常开发的视角，去探寻了 Kotlin 中那些 [隐藏] 的内存陷阱。

仔细回想，上述的不恰当用法都是建立在 [不熟练] 的背景下。Kotlin 本身的各种便利没有任何问题，其使得我们的 代码可读性 与 开发舒适度 增强了太多。但如果同时，我们还能注意到其背后的实现，也是不是就能在 性能与优雅 之间找到了一种平衡。

所谓左眼 kt ,右眼 java，正是如此。作为一个 Kotlin 使用者，这也是我们所不断追寻的。