輕松搞定Java內存泄漏

2019-11-18 11:53:14

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供稿：網友

　　抽象

　　盡管java虛擬機和垃圾回收機制治理著大部分的內存事務，但是在java軟件中還是可能存在內存泄漏的情況。的確，在大型工程中，內存泄漏是一個普遍問題。避免內存泄漏的第一步，就是要了解他們發生的原因。這篇文章就是要介紹一些常見的缺陷，然后提供一些非常好的實踐例子來指導你寫出沒有內存泄漏的代碼。一旦你的程序存在內存泄漏，要查明代碼中引起泄漏的原因是很困難的。同時這篇文章也要介紹一個新的工具來查找內存泄漏，然后指明發生的根本原因。這個工具輕易上手，可以讓你找到產品級系統中的內存泄漏。

　　垃圾回收（GC）的角色

　　雖然垃圾回收關心著大部分的問題，包括內存治理，使得程序員的任務顯得更加輕松，但是程序員還是可能犯些錯誤導致內存泄漏問題。GC(垃圾回收)通過遞歸對所有從"根"對象(堆棧中的對象，靜態數據成員，JNI句柄等等)繼續下來的引用進行工作，然后標記所有可以訪問的活著的對象。而這些對象變成了程序唯一能夠操縱的對象，其他的對象都被釋放了。因為GC使得程序不能夠訪問那些被釋放的對象，所以這樣做是安全的。

　　內存治理可以說是自動的，但是這并沒有讓程序員脫離內存治理問題。比方說，對于內存的分配（還有釋放）總是存在一定的開銷，盡管這些開銷對程序員來說是暗含的。一個程序假如創建了很多對象，那么它就要比完成相同任務而創建了較少對象的程序執行的速度慢（其他提供的內容都相同）。

　　導致內存泄漏主要的原因是，先前申請了內存空間而忘記了釋放。假如程序中存在對無用對象的引用，那么這些對象就會駐留內存，消耗內存，因為無法讓垃圾回收器驗證這些對象是否不再需要。正如我們前面看到的，假如存在對象的引用，這個對象就被定義為"活著的"，同時不會被釋放。要確定對象所占內存將被回收，程序員就要務必確認該對象不再會被使用。典型的做法就是把對象數據成員設為null或者從集合中移除該對象。注重，當局部變量不需要時，不需明顯的設為null，因為一個方法執行完畢時，這些引用會自動被清理。

　　從更高一個層次看，這就是所有存在內存管的語言對內存泄漏所考慮的事情，剩余的對象引用將不再會被使用。

　　典型泄漏

　　既然我們知道了在java中確實會存在內存泄漏，那么就讓我們看一些典型的泄漏，并找出他們發生的原因。

　　全局集合

　　在大型應用程序中存在各種各樣的全局數據倉庫是很普遍的，比如一個JNDI-tree或者一個session table。在這些情況下，注重力就被放在了治理數據倉庫的大小上。當然是有一些適當的機制可以將倉庫中的無用數據移除。

　　可以有很多不同的解決形式，其中最常用的是一種周期運行的清除作業。這個作業會驗證倉庫中的數據然后清除一切不需要的數據。
另一個辦法是使用引用計算。集合用來對了解每個集合入口關聯器（referrer）的數目負責。這要求關聯器通知集合什么時候完成進入。當關聯器的數目為零時，就可以移除集合中的相關元素。

　　高速緩存

　　高速緩存是一種用來快速查找已經執行過的操作結果的數據結構。因此，假如一個操作執行很慢的話，你可以先把普通輸入的數據放入高速緩存，然后過些時間再調用高速緩存中的數據。

　　高速緩存多少還有一點動態實現的意思，當數據操作完畢，又被送入高速緩存。一個典型的算法如下所示：

　　1．檢查結果是否在高速緩存中，存在則返回結果；

　　2．假如結果不在，那么計算結果；

　　3．將結果放入高速緩存，以備將來的操作調用。

　　這個算法的問題（或者說潛在的內存泄漏）在最后一步。假如操作伴隨著一個不同的，輸入非常大的數字，那么存入高速緩存的也是一個非常大的結果。那么這個方法就不是能夠勝任的了。

　　為了避免這種潛在的致命錯誤設計，程序就必須確定高速緩存在他所使用的內存中有一個上界。因此，更好的算法是：

　　1．檢查結果是否在高速緩存中，存在則返回結果；

　　2．假如結果不在，那么計算結果；

　　3．假如高速緩存所占空間過大，移除緩存中舊的結果；

　　4．將結果放入高速緩存，以備將來的操作調用。

　　通過不斷的從緩存中移除舊的結果，我們可以假設，將來，最新輸入的數據可能被重用的幾率要遠遠大于舊的結果。這通常是一個不錯的設想。

　　這個新的算法會確保高速緩存的容量在預先確定的范圍內。精確的范圍是很難計算的，因為緩存中的對象存在引用時將繼續有效。正確的劃分高速緩存的大小是一個復雜的任務，你必須權衡可使用內存大小和數據快速存取之間的矛盾。

　　另一個解決這個問題的途徑是使用java.lang.ref.SoftReference類堅持將對象放入高速緩存。這個方法可以保證當虛擬機用完內存或者需要更多堆的時候，可以釋放這些對象的引用。

　　類裝載器

　　Java類裝載器創建就存在很多導致內存泄漏的漏洞。由于類裝載器的復雜結構，使得很難得到內存泄漏的透視圖。這些困難不僅僅是由于類裝載器只與"普通的"對象引用有關，同時也和對象內部的引用有關，比如數據變量，方法和各種類。這意味著只要存在對數據變量，方法，各種類和對象的類裝載器，那么類裝載器將駐留在JVM中。既然類裝載器可以同很多的類關聯，同時也可以和靜態數據變量關聯，那么相當多的內存就可能發生泄漏。

　　定位內存泄漏

　　經常地，程序內存泄漏的最初跡象發生在出錯之后，得到一個OutOfMemoryError在你的程序中。這種典型地情況發生在產品環境中，而在那里，你希望內存泄漏盡可能的少，調試的可能性也達到最小。也許你的測試環境和產品的系統環境不盡相同，導致泄露的只會在產品中揭示。這種情況下，你需要一個低內務操作工具來監聽和尋找內存泄漏。同時，你還需要把這個工具同你的系統聯系起來，而不需要重新啟動他或者機械化你的代碼。也許更重要的是，當你做分析的時候，你需要能夠同工具分離而使得系統不會受到干擾。

　　一個OutOfMemoryError經常是內存泄漏的一個標志，有可能應用程序的確用了太多的內存；這個時候，你既不能增加JVM的堆的數量，也不能改變你的程序而使得他減少內存使用。但是，在大多數情況下，一個OutOfMemoryError是內存泄漏的標志。一個解決辦法就是繼續監聽GC的活動，看看隨時間的流逝，內存使用量是否會增加，假如有，程序中一定存在內存泄漏。

　　具體輸出

　　有很多辦法來監聽垃圾回收器的活動。也許運用最廣泛的就是以：-Xverbose:gc選項運行JVM，然后觀察輸出結果一段時間。

[memory] 10.109-10.235: GC 65536K->16788K (65536K), 126.000 ms

　　箭頭后的值（在這個例子中 16788K）是垃圾回收后堆的使用量。

　　控制臺

　　觀察這些無盡的GC具體統計輸出是一件非常單調乏味的事情。好在有一些工具來代替我們做這些事情。The JRockit Management Console可以用圖形的方式輸出堆的使用量。通過觀察圖像，我們可以很方便的觀察堆的使用量是否伴隨時間增長。