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，但並不是說有了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，則定義爲內存有泄露
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都會爲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;
}
}
並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，這個單元測試並不能通過，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週期，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處於運行狀態MainActivity的內存就釋放不了，很多時候安卓開發者這樣做只是爲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，則最終程序會因爲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，並讓java.lang.ref.Finalizer持有這個類的引用，在上文中的例子中，因爲Finalizer類的引用被java.lang.ref.Finalizer持有，所以他的實例並不能被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，因此將其標記爲可GC狀態，並放入到java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue這個隊列中。等到所有的Finalizer類都加到隊列之後，JVM會起一個後臺線程去清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue中的對象，之後這個後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麼問題的，但其實有個坑，那就是負責清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue的後臺線程優先級是比較低的，並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，並且在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，字符串常量池是處於JVM的PermGen區的，並且在程序運行期間不會GC，因此產生了OOM。在Java 1.7以及之後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的值被重置之後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的引用被重置之後，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。
其實看過ThreadLocal源碼的同學會知道，ThreadLocal本身對於key爲null的Entity有自清理的過程，但是這個過程是依賴於後續對ThreadLocal的繼續使用，假如上面的這段代碼是處於一個秒殺場景下，會有一個瞬間的流量峯值，這個流量峯值也會將集羣的內存打到高位(或者運氣不好的話直接將集羣內存打滿導致故障)，後面由於峯值流量已過，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，這裏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，並且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，因爲ThreadLocal本來被 common classloader加載，其生命週期與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應用啓動，MyThreadLocal類也會被webapp classloader加載，如果此時web應用下線，而線程的生命週期未結束(比如爲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，因爲myThreadLocal所引用的對象佔用的內存空間不太多，問題在於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。
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https://www.baeldung.com/java-memory-leaks -
https://cwiki.apache.org/confluence/display/tomcat/MemoryLeakProtection
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本文分享自微信公衆號 - Java中文社羣（javacn666）。
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