Java 中 7 个潜在的内存泄露风险

发表于 3年以前 | 总阅读数：471 次

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。

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

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

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

未正确实现equals()和hashCode()

假如有下面的这个类

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Object的equals方法，直接比较实体对象的地址，所以map.size() == 100

如果我们改写Person类的代码如下所示：

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;
    }
}

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。

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。

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();
        }
    }
}

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

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。

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

@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

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：

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

当localCache的值被重置之后cacheInstance被ThreadLocalMap中的value引用，无法被GC，但是其key对ThreadLocal实例的引用是一个弱引用，本来ThreadLocal的实例被localCache和ThreadLocalMap的key同时引用，但是当localCache的引用被重置之后，则ThreadLocal的实例只有ThreadLocalMap的key这样一个弱引用了，此时这个实例在GC的时候能够被清理。

img其实看过ThreadLocal源码的同学会知道，ThreadLocal本身对于key为null的Entity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。

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。

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。

下面我们看具体的内存泄露的例子：

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();
 }
}

需要注意这个例子中的两个非常关键的点：

MyCounter以及MyThreadLocal必须放到web应用的路径中，保被webapp classloader加载
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。

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。