Java中七个潜在的内存泄露风险,你知道几个?

沙海 2021年7月11日07:43:48Java评论20字数 6693阅读22分18秒阅读模式
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Java程序员不用像C/C++程序员那样时刻关注内存的使用情况,JVM会帮我们处理好这些,但并不是说有了GC就可以高枕无忧,内存泄露相关的问题一般在测试的时候很难发现,一旦上线流量起来可能马上就是一个诡异的线上故障。则上文中的单元测试就可以顺利通过了,需要注意的是这个场景比较隐蔽,一定要在平时的代码中注意。这样一个弱引用了,此时这个实例在GC的时候能够被清理。ThreadLocal的调用也下降,会使得ThreadLocal的自清理能力下降,造成内存泄露。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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Java中七个潜在的内存泄露风险,你知道几个?

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以下文章来源于苦味代码,作者L文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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虽然Java程序员不用像C/C++程序员那样时刻关注内存的使用情况,JVM会帮我们处理好这些,但并不是说有了GC就可以高枕无忧,内存泄露相关的问题一般在测试的时候很难发现,一旦上线流量起来可能马上就是一个诡异的线上故障。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

1. 内存泄露的定义

如果GC无法回收内存中不再使用的对象,则定义为内存有泄露文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

2. 未关闭的资源类

当我们在程序中打开一个新的流或者是新建一个网络连接的时候,JVM都会为这些资源类分配内存做缓存,常见的资源类有网络连接,数据库连接以及IO流。值得注意的是,如果在业务处理中异常,则有可能导致程序不能执行关闭资源类的代码,因此最好按照下面的做法处理资源类文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

public void handleResource() {    try {        // open connection        // handle business    } catch (Throwable t) {        // log stack    } finally {        // close connection    }}

3. 未正确实现equals()hashCode()

假如有下面的这个类文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

@Testpublic 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);}

可以预见,这个单元测试并不能通过,原因是Person类没有实现equals方法,因此使用Objectequals方法,直接比较实体对象的地址,所以map.size() == 100文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

如果我们改写Person类的代码如下所示:文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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;    }}

则上文中的单元测试就可以顺利通过了,需要注意的是这个场景比较隐蔽,一定要在平时的代码中注意。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

4. 非静态内部类

要知道,所有的非静态类别类都持有外部类的引用,因此某些情况如果引用内部类可能延长外部类的生命周期,甚至持续到进程结束都不能回收外部类的空间,这类内存溢出一般在Android程序中比较多,只要MyAsyncTask处于运行状态MainActivity的内存就释放不了,很多时候安卓开发者这样做只是为了在内部类中拿到外部类的属性,殊不知,此时内存已经泄露了。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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. 重写了finalize()的类

如果运行下面的这个例子,则最终程序会因为OOM的原因崩溃文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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对重写了finalize()的类的处理稍微不同,首先会针对这个类创建一个java.lang.ref.Finalizer类,并让java.lang.ref.Finalizer持有这个类的引用,在上文中的例子中,因为Finalizer类的引用被java.lang.ref.Finalizer持有,所以他的实例并不能被Young GC清理,反而会转入到老年代。在老年代中,JVM GC的时候会发现Finalizer类只被java.lang.ref.Finalizer引用,因此将其标记为可GC状态,并放入到java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue这个队列中。等到所有的Finalizer类都加到队列之后,JVM会起一个后台线程去清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue中的对象,之后这个后台线程就专门负责清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue中的对象了。这个设计看起来是没什么问题的,但其实有个坑,那就是负责清理java.lang.ref.Finalizer.ReferenceQueue的后台线程优先级是比较低的,并且系统没有提供可以调节这个线程优先级的接口或者配置。因此当我们在使用使用重写finalize()方法的对象时,千万不要瞬间产生大量的对象,要时刻谨记,JVM对此类对象的处理有特殊逻辑。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

6. 针对长字符串调用String.intern()

如果提前在src/test/resources/large.txt中写入大量字符串,并且在Java 1.6及以下的版本运行下面程序,也将得到一个OOM文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

@Testpublic 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,字符串常量池是处于JVM的PermGen区的,并且在程序运行期间不会GC,因此产生了OOM。在Java 1.7以及之后字符串常量池转移到了HeapSpace此类问题也就无需再关注了文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

7. ThreadLocal的误用

ThreadLocal一定要列在Java内存泄露的榜首,总能在不知不觉中将内存泄露掉,一个常见的例子是:文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

@Testpublic void testThreadLocalMemoryLeaks() {    ThreadLocal<List<Integer>> localCache = new ThreadLocal<>();   List<Integer> cacheInstance = new ArrayList<>(10000);    localCache.set(cacheInstance);    localCache = new ThreadLocal<>();}

localCache的值被重置之后cacheInstanceThreadLocalMap中的value引用,无法被GC,但是其keyThreadLocal实例的引用是一个弱引用,本来ThreadLocal的实例被localCacheThreadLocalMapkey同时引用,但是当localCache的引用被重置之后,则ThreadLocal的实例只有ThreadLocalMapkey这样一个弱引用了,此时这个实例在GC的时候能够被清理。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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其实看过ThreadLocal源码的同学会知道,ThreadLocal本身对于keynullEntity有自清理的过程,但是这个过程是依赖于后续对ThreadLocal的继续使用,假如上面的这段代码是处于一个秒杀场景下,会有一个瞬间的流量峰值,这个流量峰值也会将集群的内存打到高位(或者运气不好的话直接将集群内存打满导致故障),后面由于峰值流量已过,对ThreadLocal的调用也下降,会使得ThreadLocal的自清理能力下降,造成内存泄露。ThreadLocal的自清理实现是锦上添花,千万不要指望它雪中送碳。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

8. 类的静态变量

Tomcat对在网络容器中使用ThreadLocal引起的内存泄露做了一个总结,详见:https://cwiki.apache.org/confluence/display/tomcat/MemoryLeakProtection,这里我们列举其中的一个例子。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

熟悉Tomcat的同学知道,Tomcat中的web应用由webapp classloader这个类加载器的,并且webapp classloader是破坏双亲委派机制实现的,即所有的web应用先由webapp classloader加载,这样的好处就是可以让同一个容器中的web应用以及依赖隔离。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

下面我们看具体的内存泄露的例子:文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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(); }}

需要注意这个例子中的两个非常关键的点:文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

  • MyCounter以及MyThreadLocal必须放到web应用的路径中,保被webapp classloader加载文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

  • ThreadLocal类一定得是ThreadLocal的继承类,比如例子中的MyThreadLocal,因为ThreadLocal本来被common classloader加载,其生命周期与tomcat容器一致。ThreadLocal的继承类包括比较常见的NamedThreadLocal,注意不要踩坑。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

假如LeakingServlet所在的web应用启动,MyThreadLocal类也会被webapp classloader加载,如果此时web应用下线,而线程的生命周期未结束(比如为LeakingServlet提供服务的线程是一个线程池中的线程),那会导致myThreadLocal的实例仍然被这个线程引用,而不能被GC,期初看来这个带来的问题也不大,因为myThreadLocal所引用的对象占用的内存空间不太多,问题在于myThreadLocal间接持有加载web应用的webapp classloader的引用(通过myThreadLocal.getClass().getClassLoader()可以引用到),而加载web应用的webapp classloader有持有它加载的所有类的引用,这就引起了classloader泄露,它泄露的内存就非常可观了。文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

参考文献:文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

  1. https://www.baeldung.com/java-memory-leaks文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

  2. https://cwiki.apache.org/confluence/display/tomcat/MemoryLeakProtection文章源自JAVA秀-https://www.javaxiu.com/37050.html

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