Java中七個潛在的內存泄露風險，你知道幾個？
雖然Java程序員不用像C/C++程序員那樣時刻關注內存的使用情況，JVM會幫我們處理好這些，但并不是說有了GC就可以高枕無憂，內存泄露相關的問題一般在測試的時候很難發現，一旦上線流量起來可能馬上就是一個詭異的線上故障。
1. 內存泄露的定義
如果GC無法回收內存中不再使用的對象，則定義為內存有泄露
2. 未關閉的資源類
當我們在程序中打開一個新的流或者是新建一個網絡連接的時候，JVM都會為這些資源類分配內存做緩存，常見的資源類有網絡連接，數據庫連接以及IO流。值得注意的是，如果在業務處理中異常，則有可能導致程序不能執行關閉資源類的代碼，因此最好按照下面的做法處理資源類
- public void handleResource() {
- try {
- // open connection
- // handle business
- } catch (Throwable t) {
- // log stack
- } finally {
- // close connection
- }
- }
3. 未正確實現equals()和hashCode()
假如有下面的這個類
- public class Person {
- public String name;
- public Person(String name) {
- this.name = name;
- }
- }
并且如果在程序中有下面的操作
- @Test
- public void givenMapWhenEqualsAndHashCodeNotOverriddenThenMemoryLeak() {
- Map<Person, Integer> map = new HashMap<>();
- for(int i=0; i<100; i++) {
- map.put(new Person("jon"), 1);
- }
- Assert.assertFalse(map.size() == 1);
- }
可以預見，這個單元測試并不能通過，原因是Person類沒有實現equals方法，因此使用Object的equals方法，直接比較實體對象的地址，所以map.size() == 100
如果我們改寫Person類的代碼如下所示：
- public class Person {
- public String name;
- public Person(String name) {
- this.name = name;
- }
- @Override
- public boolean equals(Object o) {
- if (o == this) return true;
- if (!(o instanceof Person)) {
- return false;
- }
- Person person = (Person) o;
- return person.name.equals(name);
- }
- @Override
- public int hashCode() {
- int result = 17;
- result = 31 * result + name.hashCode();
- return result;
- }
- }
則上文中的單元測試就可以順利通過了，需要注意的是這個場景比較隱蔽，一定要在平時的代碼中注意。
4. 非靜態內部類
要知道，所有的非靜態類別類都持有外部類的引用，因此某些情況如果引用內部類可能延長外部類的生命周期，甚至持續到進程結束都不能回收外部類的空間，這類內存溢出一般在Android程序中比較多，只要MyAsyncTask處于運行狀態MainActivity的內存就釋放不了，很多時候安卓開發者這樣做只是為了在內部類中拿到外部類的屬性，殊不知，此時內存已經泄露了。
- public class MainActivity extends Activity {
- @Override
- protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
- super.onCreate(savedInstanceState);
- setContentView(R.layout.main);
- new MyAsyncTask().execute();
- }
- private class MyAsyncTask extends AsyncTask {
- @Override
- protected Object doInBackground(Object[] params) {
- return doSomeStuff();
- }
- private Object doSomeStuff() {
- //do something to get result
- return new MyObject();
- }
- }
- }
5. 重寫了finalize()的類
如果運行下面的這個例子，則最終程序會因為OOM的原因崩潰
- public class Finalizer {
- @Override
- protected void finalize() throws Throwable {
- while (true) {
- Thread.yield();
- }
- }
- public static void main(String str[]) {
- while (true) {
- for (int i = 0; i < 100000; i++) {
- Finalizer force = new Finalizer();
- }
- }
- }
- }
JVM對重寫了finalize()的類的處理稍微不同，首先會針對這個類創建一個java.lang.ref.Finalizer類，并讓java.lang.ref.Finalizer持有這個類的引用，在上文中的例子中，因為Finalizer類的引用被java.lang.ref.Finalizer持有，所以他的實例并不能被Young GC清理，反而會轉入到老年代。在老年代中，JVM GC的時候會發現Finalizer類只被java.lang.ref.Finalizer引用，因此將其標記為可GC狀態，并放入到java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue這個隊列中。等到所有的Finalizer類都加到隊列之后，JVM會起一個后臺線程去清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue中的對象，之后這個后臺線程就專門負責清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue中的對象了。這個設計看起來是沒什么問題的，但其實有個坑，那就是負責清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue的后臺線程優先級是比較低的，并且系統沒有提供可以調節這個線程優先級的接口或者配置。因此當我們在使用使用重寫finalize()方法的對象時，千萬不要瞬間產生大量的對象，要時刻謹記，JVM對此類對象的處理有特殊邏輯。
6. 針對長字符串調用String.intern()
如果提前在src/test/resources/large.txt中寫入大量字符串，并且在Java 1.6及以下的版本運行下面程序，也將得到一個OOM
- @Test
- public void givenLengthString_whenIntern_thenOutOfMemory()
- throws IOException, InterruptedException {
- String str
- = new Scanner(new File("src/test/resources/large.txt"), "UTF-8")
- .useDelimiter("\\A").next();
- str.intern();
- System.gc();
- Thread.sleep(15000);
- }
原因是在Java 1.6及以下，字符串常量池是處于JVM的PermGen區的，并且在程序運行期間不會GC，因此產生了OOM。在Java 1.7以及之后字符串常量池轉移到了HeapSpace此類問題也就無需再關注了
7. ThreadLocal的誤用
ThreadLocal一定要列在Java內存泄露的榜首，總能在不知不覺中將內存泄露掉，一個常見的例子是：
- @Test
- public void testThreadLocalMemoryLeaks() {
- ThreadLocal<List<Integer>> localCache = new ThreadLocal<>();
- List<Integer> cacheInstance = new ArrayList<>(10000);
- localCache.set(cacheInstance);
- localCache = new ThreadLocal<>();
- }
當localCache的值被重置之后cacheInstance被ThreadLocalMap中的value引用，無法被GC，但是其key對ThreadLocal實例的引用是一個弱引用，本來ThreadLocal的實例被localCache和ThreadLocalMap的key同時引用，但是當localCache的引用被重置之后，則ThreadLocal的實例只有ThreadLocalMap的key這樣一個弱引用了，此時這個實例在GC的時候能夠被清理。
img
其實看過ThreadLocal源碼的同學會知道，ThreadLocal本身對于key為null的Entity有自清理的過程，但是這個過程是依賴于后續對ThreadLocal的繼續使用，假如上面的這段代碼是處于一個秒殺場景下，會有一個瞬間的流量峰值，這個流量峰值也會將集群的內存打到高位(或者運氣不好的話直接將集群內存打滿導致故障)，后面由于峰值流量已過，對ThreadLocal的調用也下降，會使得ThreadLocal的自清理能力下降，造成內存泄露。ThreadLocal的自清理實現是錦上添花，千萬不要指望它雪中送碳。
8. 類的靜態變量
Tomcat對在網絡容器中使用ThreadLocal引起的內存泄露做了一個總結，詳見：https://cwiki.apache.org/confluence/display/tomcat/MemoryLeakProtection，這里我們列舉其中的一個例子。
熟悉Tomcat的同學知道，Tomcat中的web應用由webapp classloader這個類加載器的，并且webapp classloader是破壞雙親委派機制實現的，即所有的web應用先由webapp classloader加載，這樣的好處就是可以讓同一個容器中的web應用以及依賴隔離。
下面我們看具體的內存泄露的例子：
- public class MyCounter {
- private int count = 0;
- public void increment() {
- count++;
- }
- public int getCount() {
- return count;
- }
- }
- public class MyThreadLocal extends ThreadLocal<MyCounter> {
- }
- public class LeakingServlet extends HttpServlet {
- private static MyThreadLocal myThreadLocal = new MyThreadLocal();
- protected void doGet(HttpServletRequest request,
- HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
- MyCounter counter = myThreadLocal.get();
- if (counter == null) {
- counter = new MyCounter();
- myThreadLocal.set(counter);
- }
- response.getWriter().println(
- "The current thread served this servlet " + counter.getCount()
- + " times");
- counter.increment();
- }
- }
需要注意這個例子中的兩個非常關鍵的點：
- MyCounter以及MyThreadLocal必須放到web應用的路徑中，保被webapp classloader加載
- ThreadLocal類一定得是ThreadLocal的繼承類，比如例子中的MyThreadLocal，因為ThreadLocal本來被common classloader加載，其生命周期與tomcat容器一致。ThreadLocal的繼承類包括比較常見的NamedThreadLocal，注意不要踩坑。
假如LeakingServlet所在的web應用啟動，MyThreadLocal類也會被webapp classloader加載，如果此時web應用下線，而線程的生命周期未結束(比如為LeakingServlet提供服務的線程是一個線程池中的線程)，那會導致myThreadLocal的實例仍然被這個線程引用，而不能被GC，期初看來這個帶來的問題也不大，因為myThreadLocal所引用的對象占用的內存空間不太多，問題在于myThreadLocal間接持有加載web應用的webapp classloader的引用(通過myThreadLocal.getClass().getClassLoader()可以引用到)，而加載web應用的webapp classloader有持有它加載的所有類的引用，這就引起了classloader泄露，它泄露的內存就非常可觀了。
