什么是內(nèi)存泄漏？該如何檢測？又該如何解決？

作者：馮冬冬 2021-03-04 17:21:49

這個問題是我之前翻看面經(jīng)的時候見到的。那位小姐姐把內(nèi)存泄漏當(dāng)成了內(nèi)存溢出問題去解答的，結(jié)果當(dāng)場掛掉了。為此總結(jié)一下，之前和一位老哥也討論過這個問題。可見不管是面試還是工作這都是一個極為重要的點(diǎn)。

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前言

我也曾在面阿里的時候也遇到過原題，題目是寫出倆內(nèi)存泄漏案例，然后問如何排查?如何解決?

本篇文章大體結(jié)構(gòu)來自外國大佬baeldung;

一、介紹

1、什么是內(nèi)存泄漏

java的優(yōu)勢之一就是內(nèi)置了垃圾回收器GC，它幫助我們實(shí)現(xiàn)了自動化內(nèi)存管理。但是GC再好，也有老馬失前蹄的時候，它不能保證提供一個解決內(nèi)存泄漏的萬無一失的解決方案。什么是內(nèi)存泄漏?可以看看下面這張圖，

也就是一部分內(nèi)存空間我明明已經(jīng)使用了，卻沒有引用指向這部分空間。造成這片已經(jīng)使用的空間無法處理的情況。

正規(guī)點(diǎn)的理解：動態(tài)開辟的空間，在使用完畢后未釋放，結(jié)果導(dǎo)致一直占據(jù)該內(nèi)存單元。直到程序結(jié)束。

2、內(nèi)存泄漏的危害

長時間運(yùn)行，程序變卡，性能嚴(yán)重下降
程序莫名其妙掛掉
OutOfMemoryError錯誤
亂七八糟的錯誤，還不易排查

反正內(nèi)存泄漏不是好事。

二、內(nèi)存泄漏原因

內(nèi)存泄漏原因太多了。說不定就是某一行代碼不對就會出現(xiàn)這種情況，因此這里給出最常見的幾種。關(guān)鍵的還是如何找出哪個地方出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏，代碼好修改，錯誤不易查。

1、大量使用靜態(tài)變量

靜態(tài)變量的生命周期與程序一致。因此常駐內(nèi)存。

public class StaticTest { 
    public static  List<Integer> list = new ArrayList<>(); 
    public void populateList() { 
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) { 
            list.add((int)Math.random()); 
        } 
        System.out.println("running......"); 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
      System.out.println("before......"); 
        new StaticTest().populateList(); 
        System.out.println("after......"); 
    } 
}

現(xiàn)在可以使用jvisualvm運(yùn)行一邊，看看內(nèi)存效果。

帶static關(guān)鍵字(使用靜態(tài)變量)

從上圖可以看到，堆內(nèi)存從一開始的135M左右飆升了到了200M。直接占據(jù)了65M的內(nèi)存。

不使用static關(guān)鍵字(不使用靜態(tài)變量)

由于全局變量與程序周期不一致，因此不使用時，就會進(jìn)行回收。此時內(nèi)存最高150M。

總結(jié)：由于靜態(tài)變量與程序生命周期一致，因此對象常駐內(nèi)存，造成內(nèi)存泄漏

2、連接資源未關(guān)閉

每當(dāng)建立一個連接，jvm就會為這么資源分配內(nèi)存。比如數(shù)據(jù)庫連接、文件輸入輸出流、網(wǎng)絡(luò)連接等等。

public class FileTest { 
 public static void main(String[] args) throws IOException { 
  File f=new File("G:\\nginx配套資料\\筆記資料.zip"); 
  System.out.println(f.exists()); 
        System.out.println(f.isDirectory()); 
 } 
}

依然使用jvisualvm運(yùn)行一邊，看看內(nèi)存效果。

可以看出，在連接文件資源時，jvm會為本資源分配內(nèi)存。

3、equals()和hashCode()方法使用不當(dāng)

定義新類時，如果沒有重新equals()和hashCode()方法，也有可能會造成內(nèi)存泄漏。主要原因是沒有這兩個方法時，很容易造成重復(fù)的數(shù)據(jù)添加。看例子：

public class User{ 
 public String name; 
 public int age; 
 public User(String name, int age) { 
  this.name = name; 
  this.age = age; 
 } 
} 
public class EqualTest { 
 public static void main(String[] args) { 
  Map<User, Integer> map = new HashMap<>(); 
     for(int i=0; i<100; i++) { 
         map.put(new User("", 1), 1); 
     } 
        System.out.println(map.size() == 1);//輸出為false 
 } 
}

然后運(yùn)行一下，看看內(nèi)存情況：

內(nèi)存從150M一下子飆升到225M，可見飆升的厲害。輸出為false，說明user對象被重復(fù)添加了。我們知道像HashMap在添加新的對象時，會對其hashcode進(jìn)行比較，如果一樣，那就不插入。如果一樣那就插入。此時說明這100個User其hashcode不同。

現(xiàn)在重寫這倆方法再運(yùn)行一邊：

public class User{ 
 public static String name; 
 public User(String name) { 
  this.name = name; 
 } 
    @Override 
    public boolean equals(Object o) { 
        if (o == this) return true; 
        if (!(o instanceof User)) { 
            return false; 
        } 
        User user = (User) o; 
        return User.name.equals(name); 
    } 
    @Override 
    public int hashCode() { 
        return name.hashCode(); 
    }  
}

在EqualTest類再測試一遍，首先看看內(nèi)存變化：

上圖可以看到上升幅度沒那么大。而且輸出為true，這是肯定的，由于重寫了hashcode和equal，所以HashMap添加的肯定是同一個對象。

4、內(nèi)部類持有外部類

這個場景和上面類似。

5、finalize方法

這個方法之前曾經(jīng)專門花過文章寫過，這個問題很簡單。看一張圖

這就是整個過程。不過在這里我們主要看的是finalize方法對垃圾回收的影響，其實(shí)就是在第三步，也就是這個對象含有finalize，進(jìn)入了隊(duì)列但一直沒有被調(diào)用的這段時間，會一直占用內(nèi)存。造成內(nèi)存泄漏。

6、ThreadLocal的錯誤使用

ThreadLocal主要用于創(chuàng)建本地線程變量，不合理的使用也有可能會造成內(nèi)存泄漏。

上面這張圖詳細(xì)的揭示了ThreadLocal和Thread以及ThreadLocalMap三者的關(guān)系。

1、Thread中有一個map，就是ThreadLocalMap

2、ThreadLocalMap的key是ThreadLocal，值是我們自己設(shè)定的。

3、ThreadLocal是一個弱引用，當(dāng)為null時，會被當(dāng)成垃圾回收

4、重點(diǎn)來了，突然我們ThreadLocal是null了，也就是要被垃圾回收器回收了，但是此時我們的ThreadLocalMap生命周期和Thread的一樣，它不會回收，這時候就出現(xiàn)了一個現(xiàn)象。那就是ThreadLocalMap的key沒了，但是value還在，這就造成了內(nèi)存泄漏。

解決辦法：使用完ThreadLocal后，執(zhí)行remove操作，避免出現(xiàn)內(nèi)存溢出情況。

現(xiàn)在介紹了幾種常見的內(nèi)存泄漏情況，上面的知識點(diǎn)比較常見，最主要的是如何檢測出來。

三、檢測內(nèi)存泄漏

檢測的目的是定位內(nèi)存泄漏出現(xiàn)的位置，常見的有以下幾種方法：

1、工具分析

這個工具比較多，比如說JProfiler、YourKit、Java VisualVM和Netbeans Profiler。他可以幫助我們分析是哪一個對象或者是類內(nèi)存的飆升。也可以看到內(nèi)存CPU的等等各種情況。上面多次演示到了。

2、垃圾回收分析

這個其實(shí)也可以用工具進(jìn)行分析。上面的VisualVM中，可以打印堆。也可以從外部導(dǎo)入dump文件進(jìn)行分析。

如果不用工具的話，我們可以通過IDE看到。JVM配置添加-verbose:gc。然后就會打印出相關(guān)信息。下面這張圖非原創(chuàng)，來自Baeldung。