空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)存泄漏

劉黎志,劉 君

(1.武漢工程大學(xué)智能機(jī)器人湖北省重點實驗室， 湖北 武漢430074；2.武漢工程大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢430074)

1 問題描述

近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是房地產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，空氣污染日益嚴(yán)重的問題引起了環(huán)保部門的重視.國家環(huán)保部主要針對空氣中的PM10(可吸入顆粒物)、SO2、NO2、CO、O3等幾種主要污染物進(jìn)行實時監(jiān)測，并要求地方環(huán)保部門每隔5 min上報一次各個自動化監(jiān)測點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù).空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)要求將每5 min從數(shù)據(jù)庫中讀取一次數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)展示在Google地圖上.空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

圖1 空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Air quality real-time monitoring system structure chart

空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程為：實時數(shù)據(jù)更新程序定時將各個自動化監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)更新到中心站的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中；GooleMap.aspx頁面使用Microsoft AJAX框架實現(xiàn)頁面的異步刷新機(jī)制，Timer控件每300 s自動回發(fā)頁面到Web發(fā)布服務(wù)器取5 min的監(jiān)測數(shù)據(jù)在Google地圖的標(biāo)記信息窗口顯示，實踐中有兩種方案.方案1使用著名的開源代碼網(wǎng)站http://www.codeplex.com中的免費開源控件GoogleMap Control for ASP.NET[1]，控件的標(biāo)記名稱為Artem.Artem控件封裝Google Map API，使得開發(fā)人員可以直接在aspx頁的Code Behind代碼中針對該控件公開的編程接口編程，從而控制Google地圖的使用邏輯.方案2直接使用Google Map API[2-3]，仍然使用AJAX的異步機(jī)制，通過調(diào)用Web服務(wù)取中心站數(shù)據(jù)庫中的5 min數(shù)據(jù)更新Google地圖中的標(biāo)記信息窗口.兩種方案都不同程度的存在內(nèi)存泄漏[4-5]問題.首先分析兩種方案產(chǎn)生內(nèi)存泄漏的原因，然后針對這些原因提出解決方案，從而解決內(nèi)存泄漏問題.

2 內(nèi)存泄漏問題分析

2.1 方案1內(nèi)存泄漏問題分析

方案1直接使用封裝的GoogleMap控件，并通過對Artem控件公開的屬性、方法、事件編程，從而控制Google地圖中標(biāo)記的信息窗口顯示5 min的實時監(jiān)測數(shù)據(jù).實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示效果如圖2所示.

圖2 實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示Fig.2 Real-time monitoring data presentation

GoogleMap.aspx頁面內(nèi)容為：

……

……

GoogleMap.aspx.cs后臺代碼內(nèi)容為：

protected void tmUpdate_Tick(object sender,EventArgs e)

{ gmMain.Markers.Clear();//清空以前添加的標(biāo)記

foreach (t_SStation ts in 從數(shù)據(jù)庫中取得站點列表)

{ GoogleMarker gk = new GoogleMarker(站點經(jīng)度，站點緯度); //實例化站點標(biāo)記

gk.Title = ts.SStationName; //設(shè)置站點標(biāo)題

gk.Text = “信息窗口中的顯示內(nèi)容，為從數(shù)據(jù)庫中取得的5 min監(jiān)測數(shù)據(jù)值”;

gmMain.Markers.Add(gk);}}

方案1設(shè)計頁面每5 min回發(fā)一次，在后臺代碼中的tmUpdate_Tick事件中從中心站數(shù)據(jù)庫中取得各個監(jiān)測站點5 min的監(jiān)測值，使用最新的5 min值更新地圖標(biāo)記的信息窗口.此方案從功能實現(xiàn)的角度看，是最簡單的實現(xiàn)方法，但該方案內(nèi)存泄漏嚴(yán)重，幾乎每次回發(fā)，Windows任務(wù)管理器顯示承載Google地圖的IE瀏覽器的iexplore.exe進(jìn)程的內(nèi)存使用增加10 MB左右.若以系統(tǒng)可用內(nèi)存為2 GB計算，2 048 MB/(10 MB Gbyte*(60/5))=17 h后，系統(tǒng)內(nèi)存耗盡.分析原因認(rèn)為，該控件的設(shè)計者在每次頁面刷新時并沒有釋放掉前一次的GoogleMap實例，而是又重新生成了一個實例，故產(chǎn)生內(nèi)存泄漏.

2.2 方案2的內(nèi)存泄漏問題分析

由于方案1中的Artem控件是封裝發(fā)布的，從編程的角度出發(fā)，已經(jīng)無法解決其在定時刷新數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的內(nèi)存泄漏問題.故只能直接采用Google Map API，用Javascript腳本語言編程實現(xiàn).具體實現(xiàn)描述如下.

* GoogleMap.aspx頁面內(nèi)容為：

……

//定義Web服務(wù)調(diào)用地址

//定義腳本語言調(diào)用地址

……//定義Google地圖顯示層

* MapDataWS.asmx Web服務(wù)內(nèi)容為：

public List GetStations()

{從數(shù)據(jù)庫從取得監(jiān)測站點的基本信息，包括名稱、經(jīng)度、緯度等，以集合形式返回; }

public List GetCurData()

{從數(shù)據(jù)庫中取每個站點5 min的實時監(jiān)測值，以集合形式返回,與GetStation()返回的集合一一對應(yīng); }

* MapDataWS.js腳本內(nèi)容為：

var mdsProxy; //定義全局Web服務(wù)代理類 var map; //定義全局Google地圖實例

var sBasicInfo; //定義全局站點基本信息集合

function pageLoad(sender,args) {

if (!args.get_isPartialLoad()) { mdsProxy = new MapDataWS();// 初始化Web服務(wù)代理類

var latlng = new google.maps.LatLng(30.58,114.31); //定義Google地圖

var myOptions = { zoom: 9,center: latlng,mapTypeId: google.maps.MapTypeId.ROADMAP };

map = new google.maps.Map($get('map_canvas'),myOptions);

mdsProxy.GetStations();//獲取站點基本信息集合

window.setInterval(mdsProxy.GetCurData(),300000); //設(shè)置定時刷新，每5 min取一次監(jiān)測值}}

function SucceededCallback(result,userContext,methodName) {

switch(methodName)

{case ("GetStations"):{ sBasicInfo = result; break;}//獲取返回的站點集合

case ("GetCurData")://獲取5 min實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并生成與之對應(yīng)的圖標(biāo)和信息窗口

{ for (i in result) { //定義站點的經(jīng)緯度位置對象

var Latlng = new google.maps.LatLng(sBasicInfo[i].SLatitude,sBasicInfo[i].SLongitude);

//根據(jù)站點基本信息定義地圖標(biāo)記

var mark = new google.maps.Marker({ position: Latlng,map: map,title: sBasicInfo[i].SStationName });

//用取得的5 min監(jiān)測數(shù)據(jù)定義信息窗口顯示內(nèi)容

var contentString = result[i].SStationName + "PM10: " + result[i].PM10.toString() + …….

//定義信息窗口，及與地圖標(biāo)記相關(guān)聯(lián)的click事件

var infowindow = new google.maps.InfoWindow({ content: contentStr });

google.maps.event.addListener(mark,'click',function () { infowindow.open(map,mark); }); break;}}

方案2使用Google Map API直接在腳本中定義地圖、地圖標(biāo)記及與地圖標(biāo)記對應(yīng)的信息窗口，保證了地圖實例對象只在頁面初始化時定義一次，這就避免了方案1中每次頁面刷新就重復(fù)定義一次地圖實例的問題.但經(jīng)過仔細(xì)觀察，仍然存在內(nèi)存泄漏問題，只是沒有方案1那么明顯，大約每回發(fā)兩次，Windows任務(wù)管理器顯示承載Google地圖的IE瀏覽器的iexplore.exe進(jìn)程的內(nèi)存使用增加1 MB左右.以系統(tǒng)可用內(nèi)存為2 GB計算，2 048 MB/(0.5 MB*(60/5))=341 h后，系統(tǒng)內(nèi)存耗盡，還是不能滿足不間斷實時監(jiān)測的需要.經(jīng)分析得出，雖然地圖實例沒有在每次頁面刷新時生成，但仍然生成地圖標(biāo)記對象、信息窗口對象，且前次生成的地圖標(biāo)記及信息窗口對象均沒有被IE瀏覽器釋放，故產(chǎn)生內(nèi)存泄漏.

3 內(nèi)存泄漏問題的解決

分析方案1及方案2產(chǎn)生內(nèi)存泄漏的原因，得出的結(jié)論是IE瀏覽器不會自動的回收由Javascript腳本語言定義的Google地圖、標(biāo)記、信息窗口實例對象，故不論采用何種方式定時刷新頁面，只要存在實例對象的重復(fù)定義，就會產(chǎn)生內(nèi)存泄漏.由于不知道IE瀏覽器如何回收自定義對象實例的機(jī)制，故要避免內(nèi)存泄漏，解決的方案只有避免對象的重復(fù)定義，具體的方法描述如下：

即在方案2的MapDataWS.js腳本全局定義部分，增加var infowindowArray = []及var markerArray = []全局?jǐn)?shù)組定義，分別表示信息窗口數(shù)組及地圖標(biāo)記數(shù)組，用于保存和各個監(jiān)測站點對應(yīng)的地圖標(biāo)記實例對象及信息窗口對象.改進(jìn)的更新算法為：

function SucceededCallback(result,userContext,methodName) {

switch(methodName)

{ …… case ("GetCurData"):

{ if (infowindowArray.length == 0) {//保證只生成一次標(biāo)記實例、信息窗口實例

for (var i in sBasicInfo) {

var Latlng = new google.maps.LatLng(sBasicInfo[i].SLatitude,sBasicInfo[i].SLongitude);

var mark = new google.maps.Marker({ position: Latlng,map: map,title: sBasicInfo[i].SStationName });

//保存標(biāo)記實例到markerArray數(shù)組

markerArray.push(mark);

var infowindow = new google.maps.InfoWindow({ content: MakeInfoWindowContent(i,result) });

//保存信息窗口實例到infowindowArray數(shù)組

infowindowArray.push(infowindow);

google.maps.event.addListener(mark,'click',function () { infowindow.open(map,mark); });

}}

//頁面定時讀取各個監(jiān)測站點5 min值，更新對應(yīng)的信息窗口內(nèi)容，但不再重復(fù)生成信息窗口實例

else {for (var i in result) {infowindowArray[i].setContent(MakeInfoWindowContent(i,result));}}break;

} ……

其中MakeInfoWindowContent函數(shù)根據(jù)監(jiān)測站點5 min值， 生成信息窗口展示的信息，具體實現(xiàn)不再描述.由于地圖、標(biāo)記、信息窗口對象實例均只生成一次，系統(tǒng)在IE瀏覽器中運行時，Windows任務(wù)管理器顯示承載Google地圖的IE瀏覽器的iexplore.exe進(jìn)程的內(nèi)存不再增加，內(nèi)存泄漏問題得到解決.各方案的iexplore.exe進(jìn)程的內(nèi)存泄漏對比如圖3所示，隨著時間的增加，沒有內(nèi)存使用增長則表示沒有內(nèi)存泄漏.

圖3 內(nèi)存使用對比圖Fig.3 Memory using comparison chart

4 結(jié) 語

利用地理位置信息來展示與之相關(guān)數(shù)據(jù)信息變化的技術(shù)在Internet網(wǎng)上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，特別是通過定時異步刷新數(shù)據(jù)信息，用戶可以直接通過Web瀏覽器實時觀察數(shù)據(jù)變化，地理信息和數(shù)據(jù)展示就更加的生動形象.IE瀏覽器不會主動釋放由Javascript腳本語言聲明的對象實例，從而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏.如果這個問題不解決，數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控就無法實現(xiàn)連續(xù)不間斷運行.通過對空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)中內(nèi)存泄漏的問題的分析，找到導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存泄漏的原因，并最終解決內(nèi)存泄漏問題，希望對從事相關(guān)工作的同仁有所借鑒.

參考文獻(xiàn):

[1] Velio Ivanov. Google Map Control for ASP.NET [EB/OL]. http://googlemap.codeplex.com.2011-02-16.

[2] 黃瑤．C/C++程序內(nèi)存泄漏檢測和分析技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D]．北京:北京航空航天大學(xué)軟件學(xué)院.2004．

[3] 胡燕,龔育昌. 一種混合式內(nèi)存泄漏靜態(tài)檢測方法. 小型微型計算機(jī)系統(tǒng)[J]. 2008,29(10): 1935-1939.

[4] Google Code. Google Maps JavaScript API V3 [EB/OL]. http://code.google.com/intl/zh-CN/zh-CN/apis/maps/documentation/javascript/.2010-06-15.

[5] Regehr J,Cooprider N,Archer W．Efficient type and memory safety for tiny embedded systems [C]//In Proceedings of the PLOS 2006 Workshop on Linguistic Support for Modern Operating Systems.California:San Jose，2006:64-68．