JVM之内存泄漏问题

Posted 2021-09-01 活跃的咸鱼

何为内存泄漏？

(1): 内存泄漏也称作“存储渗漏”。严格来说，只有对象不会再被程序用到了，但是GC又不能回收他们的情况，才叫内存泄漏。

(2): 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”。如下所示：

对象X引用对象Y,X的生命周期比Y的生命周期长;

那么当Y生命周期结束的时候，X依然引用着Y，这时候，垃圾回收器是不会回收对象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。

内存泄漏的分类

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。

内存泄漏与内存溢出的关系

1.内存泄漏(memory leak )

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;

2.内存溢出(out of memory)

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（相当于内存），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，内存泄漏就变成内存溢出了。

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。

内存泄漏的情况

1-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收。
就比如下面这个例子obj不再使用了但是被list引用了导致不能回收，从而引发了内存泄漏。

public class MemoryLeak {
  static List List = new ArrayList();
  
   public void oomTests() {
		object obj = new Object();// 局部变量
        list. add(obj);
  }
}

2-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。

public class StaticSingle {

    private StaticSingle(){
    }

    public static final StaticSingle instance=new StaticSingle();

    public static StaticSingle getInstance(){
        
        return instance;
    }
}

3-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。

4-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("ur1", "，"");
	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
}

5-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
}

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nul1，这样垃圾回收器也会回收msg的内存空间。

6-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。

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

        System.out.println(set);

        set.add(new Person(1001, "CC"));
        System.out.println(set);

        set.add(new Person(1001, "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 + '\\'' +
                '}';
    }
}

public class ChangeHashCode1 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Point> hs = new HashSet<Point>();
        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

        System.out.println("hs.remove = " + hs.remove(cc));//false
        hs.add(cc);
        System.out.println("hs.size = " + hs.size());//size = 2

        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 +
                '}';
    }
}

7-缓存泄露

内存泄漏的另一个常见来源是缓存，一旦你把对象引用放入到缓存中，他就很容易遗忘。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。

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);
        }
    }

}

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
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:51628', transport: 'socket'
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。

8-监听器和回调

内存泄漏第三个常见来源是监听器和其他回调，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。

内存泄漏案例分析

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() {
        if (size == 0)
            throw new EmptyStackException();
            
       retur elements[--size];
    }
    
    
    //扩容
    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

当我们发现我们在pop出栈的时候retur elements[--size] 只是把对象从数组中取出但是object在数组中的引用并未置为null，当要GC时该对象并不会被回收，因为数组中还留有对该对象的引用。所以我们可以对pop方法做如下修改

public Object pop() {
        if (size == 0)
            throw new EmptyStackException()；
       Object result = elements[--size];
        elements[size] = null;
        return result;
    }

这种内存泄漏比较隐晦一般我们写代码的时候不容易发现。

本文参考尚硅谷康师傅老师的jvm教程。