内存泄漏（memory leak）的理解与应用 |
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内存泄漏（memory leak）的理解与应用
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目录 一、何为内存泄漏？ 二、内存泄漏的理解 三、内存泄漏和内存溢出的关系 四、泄漏的分类 五、Java中内存泄露的8种情况 六、内存泄露案例分析 一、何为内存泄漏？可达性分析算法来判断对象是否是不再使用的对象，本质都是判断一个对象是否还被引用。那么对于这种情况下，由于代码的实现不同就会出现很多种内存泄漏问题（让JVM误以为此对象还在引用中，无法回收，造成内存泄漏）。如下图：
严格来说，只有对象不会再被程序用到了，但是GC又不能回收它们的情况，才叫内存泄漏。但实际情况很多时候一些不太好的实践（或疏忽）会导致对象的生命周期变得很长甚至导致OOM，也可以叫做宽泛意义上的“内存泄漏”。 如下图，当Y生命周期结束的时候，X依然引用着Y，这时候，垃圾回收期是不会回收对象Y的；如果对象X还引用着生命周期比较短的A、B、C，对象A又引用着对象 a、b、c，这样就可能造成大量无用的对象不能被回收，进而占据了内存资源，造成内存泄漏，直到内存溢出。
1、内存泄漏 申请了内存用完了不释放，比如一共有1024M的内存，分配了512M的内存一直不回收，那么可以用的内存只有512M了，仿佛泄露掉了一部分； 通俗一点讲的话，内存泄漏就是【占着茅坑不拉shi】。 2、内存溢出 申请内存时，没有足够的内存可以使用；通俗一点儿讲，一个厕所就三个坑，有两个站着茅坑不走的（内存泄漏），剩下最后一个坑，厕所表示接待压力很大，这时候一下子来了两个人，坑位（内存）就不够了，内存泄漏变成内存溢出了。 可见，内存泄漏和内存溢出的关系：内存泄漏的增多，最终会导致内存溢出。 四、泄漏的分类 经常发生：发生内存泄露的代码会被多次执行，每次执行，泄露一块内存；偶然发生：在某些特定情况下才会发生；一次性：发生内存泄露的方法只会执行一次；隐式泄漏：一直占着内存不释放，直到执行结束；严格的说这个不算内存泄漏，因为最终释放掉了，但是如果执行时间特别长，也可能会导致内存耗尽； 五、Java中内存泄露的8种情况(一)、静态集合类 静态集合类，如HashMap、LinkedList等等。如果这些容器为静态的，那么它们的生命周期与JVM程序一致，则容器中的对象在程序结束之前将不能被释放，从而造成内存泄漏。简单而言，长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用，尽管短生命周期的对象不再使用，但是因为长生命周期对象持有它的引用而导致不能被回收。 public class MemoryLeak { static List list = new ArrayList(); public void oomTests(){ Object obj ＝ new Object(); //局部变量,内存泄露，造成obj对象不能被回收 list.add(obj); } }(二)、单例模式 单例模式，和静态集合导致内存泄露的原因类似，因为单例的静态特性，它的生命周期和 JVM 的生命周期一样长，所以如果单例对象如果持有外部对象的引用，那么这个外部对象也不会被回收，那么就会造成内存泄漏。 (三)、内部类持有外部类 内部类持有外部类，如果一个外部类的实例对象的方法返回了一个内部类的实例对象。这个内部类对象被长期引用了，即使那个外部类实例对象不再被使用，但由于内部类持有外部类的实例对象，这个外部类对象将不会被垃圾回收，这也会造成内存泄漏。 (四)、各种连接，如数据库连接、网络连接和IO连接等 在对数据库进行操作的过程中，首先需要建立与数据库的连接，当不再使用时，需要调用close方法来释放与数据库的连接。只有连接被关闭后，垃圾回收器才会回收对应的对象。否则，如果在访问数据库的过程中，对Connection、Statement或ResultSet不显性地关闭，将会造成大量的对象无法被回收，从而引起内存泄漏。 public static void main(String[] args) { try{ Connection conn =null; Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); conn =DriverManager.getConnection("url","",""); Statement stmt =conn.createStatement(); ResultSet rs =stmt.executeQuery("...."); } catch（Exception e）{//异常日志 } finally { // 1．关闭结果集 Statement // 2．关闭声明的对象 ResultSet // 3．关闭连接 Connection } }(五)、变量不合理的作用域 变量不合理的作用域。一般而言，一个变量的定义的作用范围大于其使用范围，很有可能会造成内存泄漏。另一方面，如果没有及时地把对象设置为null，很有可能导致内存泄漏的发生。 public class UsingRandom { private String msg; public void receiveMsg(){ readFromNet(); //从网络中接受数据保存到msg中 saveDB(); //把msg保存到数据库中 // private String msg; // msg = null } }如上面这个伪代码，通过readFromNet方法把接受的消息保存在变量msg中，然后调用saveDB方法把msg的内容保存到数据库中，此时msg已经就没用了，由于msg的生命周期与对象的生命周期相同，此时msg还不能回收，因此造成了内存泄漏。实际上这个msg变量可以放在receiveMsg方法内部，当方法使用完，那么msg的生命周期也就结束，此时就可以回收了。还有一种方法，在使用完msg后，把msg设置为null，这样垃圾回收器也会回收msg的内存空间。 (六)、改变哈希值 改变哈希值，当一个对象被存储进HashSet集合中以后，就不能修改这个对象中的那些参与计算哈希值的字段了。否则，对象修改后的哈希值与最初存储进HashSet集合中时的哈希值就不同了，在这种情况下，即使在contains方法使用该对象的当前引用作为的参数去HashSet集合中检索对象，也将返回找不到对象的结果，这也会导致无法从HashSet集合中单独删除当前对象，造成内存泄漏。 这也是 String 为什么被设置成了不可变类型，我们可以放心地把 String 存入 HashSet，或者把String 当做 HashMap 的 key 值； 当我们想把自己定义的类保存到散列表的时候，需要保证对象的 hashCode 不可变。 我们来看一个下面的示例： import java.util.HashSet; public class ChangeHashCode { public static void main(String[] args) { HashSet set = new HashSet(); Person p1 = new Person(1001, "AA"); Person p2 = new Person(1002, "BB"); set.add(p1); set.add(p2); p1.name = "CC"; //导致了内存的泄漏 set.remove(p1); //删除失败 //[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}] System.out.println(set); set.add(new Person(1001, "CC")); //[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}] System.out.println(set); set.add(new Person(1001, "AA")); //[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}] System.out.println(set); } } class Person { int id; String name; public Person(int id, String name) { this.id = id; this.name = name; } @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (!(o instanceof Person)) return false; Person person = (Person) o; if (id != person.id) return false; return name != null ? name.equals(person.name) : person.name == null; } @Override public int hashCode() { int result = id; result = 31 * result + (name != null ? name.hashCode() : 0); return result; } @Override public String toString() { return "Person{" + "id=" + id + ", name='" + name + '\'' + '}'; } }再来看另外一个示例： import java.util.HashSet; public class ChangeHashCode1 { public static void main(String[] args) { HashSet hs = new HashSet(); Point cc = new Point(); cc.setX(10); //hashCode = 41 hs.add(cc); cc.setX(20); //hashCode = 51 此行为导致了内存的泄漏 //hs.remove = false System.out.println("hs.remove = " + hs.remove(cc)); hs.add(cc); //hs.size = 2 System.out.println("hs.size = " + hs.size()); //[Point{x=20}, Point{x=20}] System.out.println(hs); } } class Point { int x; public int getX() { return x; } public void setX(int x) { this.x = x; } @Override public int hashCode() { final int prime = 31; int result = 1; result = prime * result + x; return result; } @Override public boolean equals(Object obj) { if (this == obj) return true; if (obj == null) return false; if (getClass() != obj.getClass()) return false; Point other = (Point) obj; if (x != other.x) return false; return true; } @Override public String toString() { return "Point{" + "x=" + x + '}'; } }(七)、缓存泄露 内存泄漏的另一个常见来源是缓存，一旦把对象引用放入到缓存中，就很容易遗忘。比如：之前项目在一次上线的时候，应用启动奇慢直到夯死，就是因为代码中会加载一个表中的数据到缓存（内存）中，测试环境只有几百条数据，但是生产环境有几百万的数据。 对于这个问题，可以使用WeakHashMap代表缓存，此种Map的特点是，当除了自身有对key的引用外，此key没有其他引用那么此map会自动丢弃此值。如下： public class MapTest { static Map wMap = new WeakHashMap(); static Map map = new HashMap(); public static void main(String[] args) { init(); testWeakHashMap(); testHashMap(); } public static void init() { String ref1 = new String("obejct1"); String ref2 = new String("obejct2"); String ref3 = new String("obejct3"); String ref4 = new String("obejct4"); wMap.put(ref1, "cacheObject1"); wMap.put(ref2, "cacheObject2"); map.put(ref3, "cacheObject3"); map.put(ref4, "cacheObject4"); System.out.println("String引用ref1，ref2，ref3，ref4 消失"); } public static void testWeakHashMap() { System.out.println("WeakHashMap GC之前"); for (Object o : wMap.entrySet()) { System.out.println(o); } try { System.gc(); TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("WeakHashMap GC之后"); for (Object o : wMap.entrySet()) { System.out.println(o); } } public static void testHashMap() { System.out.println("HashMap GC之前"); for (Object o : map.entrySet()) { System.out.println(o); } try { System.gc(); TimeUnit.SECONDS.sleep(5); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("HashMap GC之后"); for (Object o : map.entrySet()) { System.out.println(o); } } }程序运行结果： String引用ref1，ref2，ref3，ref4 消失 WeakHashMap GC之前 obejct2=cacheObject2 obejct1=cacheObject1 WeakHashMap GC之后 HashMap GC之前 obejct4=cacheObject4 obejct3=cacheObject3 HashMap GC之后 obejct4=cacheObject4 obejct3=cacheObject3上面代码和图示主要演示WeakHashMap如何自动释放缓存对象，当init函数执行完成后，局部变量字符串引用weakd1，weakd2，d1，d2都会消失，此时只有静态map中保存中对字符串对象的引用，可以看到，调用gc之后，HashMap的没有被回收，而WeakHashMap里面的缓存被回收了。 (八)、监听器和其他回调 内存泄漏常见来源还有监听器和其他回调，如果客户端在你实现的API中注册回调，却没有显示的取消，那么就会积聚。需要确保回调立即被当作垃圾回收的最佳方法是只保存它的弱引用，例如将他们保存成为WeakHashMap中的键。 六、内存泄露案例分析 public class Stack { private Object[] elements; private int size = 0; private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; public Stack() { elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; } public void push(Object e) { //入栈 ensureCapacity(); elements[size++] = e; } public Object pop() { //出栈 if (size == 0) throw new EmptyStackException(); return elements[--size]; } private void ensureCapacity() { if (elements.length == size) elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1); } }上述程序并没有明显的错误，但是这段程序有一个内存泄漏，随着GC活动的增加，或者内存占用的不断增加，程序性能的降低就会表现出来，严重时可导致内存泄漏，但是这种失败情况相对较少。 代码的主要问题在pop函数，下面通过这张图示展现。假设这个栈一直增长，增长后如下图所示：
当进行大量的pop操作时，由于引用未进行置空，gc是不会释放的，如下图所示：
我们可以将代码中的pop()方法变成如下这样： public Object pop() { if (size == 0) throw new EmptyStackException(); Object result = elements[--size]; elements[size] = null; return result; }一旦引用过期，清空这些引用，将引用置空，这样垃圾回收器就会回收没有被引用的Object对象，防止内存泄漏。如下图所示：
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从上图中看以看出，如果栈先增长，再收缩，那么从栈中弹出的对象将不会被当作垃圾回收，即使程序不再使用栈中的这些队象，他们也不会回收，因为栈中仍然保存这对象的引用，俗称过期引用，这个内存泄露很隐蔽。
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