什么是内存泄漏？该如何检测？又该如何解决？

前言

这个问题是我之前翻看面经的时候见到的。那位小姐姐把内存泄漏当成了内存溢出问题去解答的，结果当场挂掉了。为此总结一下，之前和一位老哥也讨论过这个问题。可见不管是面试还是工作这都是一个极为重要的点。

我也曾在面阿里的时候也遇到过原题，题目是写出俩内存泄漏案例，然后问如何排查？如何解决？

本篇文章大体结构来自外国大佬baeldung；

一、介绍

1、什么是内存泄漏

java的优势之一就是内置了垃圾回收器GC，它帮助我们实现了自动化内存管理。但是GC再好，也有老马失前蹄的时候，它不能保证提供一个解决内存泄漏的万无一失的解决方案。什么是内存泄漏？可以看看下面这张图，

也就是一部分内存空间我明明已经使用了，却没有引用指向这部分空间。造成这片已经使用的空间无法处理的情况。

正规点的理解：动态开辟的空间，在使用完毕后未释放，结果导致一直占据该内存单元。直到程序结束。

2、内存泄漏的危害

• 长时间运行，程序变卡，性能严重下降
• 程序莫名其妙挂掉
• OutOfMemoryError错误
• 乱七八糟的错误，还不易排查

反正内存泄漏不是好事。

二、内存泄漏原因

内存泄漏原因太多了。说不定就是某一行代码不对就会出现这种情况，因此这里给出最常见的几种。关键的还是如何找出哪个地方出现了内存泄漏，代码好修改，错误不易查。

1、大量使用静态变量

静态变量的生命周期与程序一致。因此常驻内存。

public class StaticTest {
    public static  List<Integer> list = new ArrayList<>();
    public void populateList() {
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            list.add((int)Math.random());
        }
        System.out.println("running......");
    }
    public static void main(String[] args) {
      System.out.println("before......");
        new StaticTest().populateList();
        System.out.println("after......");
    }
}

现在可以使用jvisualvm运行一边，看看内存效果。

• 带static关键字（使用静态变量）

从上图可以看到，堆内存从一开始的135M左右飙升了到了200M。直接占据了65M的内存。

• 不使用static关键字（不使用静态变量）

由于全局变量与程序周期不一致，因此不使用时，就会进行回收。此时内存最高150M。

总结：由于静态变量与程序生命周期一致，因此对象常驻内存，造成内存泄漏

2、连接资源未关闭

每当建立一个连接，jvm就会为这么资源分配内存。比如数据库连接、文件输入输出流、网络连接等等。

public class FileTest {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
  File f=new File("G:\\nginx配套资料\\笔记资料.zip");
  System.out.println(f.exists());
        System.out.println(f.isDirectory());
 }
}

依然使用jvisualvm运行一边，看看内存效果。

可以看出，在连接文件资源时，jvm会为本资源分配内存。

3、equals()和hashCode()方法使用不当

定义新类时，如果没有重新equals()和hashCode()方法，也有可能会造成内存泄漏。主要原因是没有这两个方法时，很容易造成重复的数据添加。看例子：

public class User{
 public String name;
 public int age;
 public User(String name, int age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
 }
}
public class EqualTest {
 public static void main(String[] args) {
  Map<User, Integer> map = new HashMap<>();
     for(int i=0; i<100; i++) {
         map.put(new User("", 1), 1);
     }
        System.out.println(map.size() == 1);//输出为false
 }
}

然后运行一下，看看内存情况：

内存从150M一下子飙升到225M，可见飙升的厉害。输出为false，说明user对象被重复添加了。我们知道像HashMap在添加新的对象时，会对其hashcode进行比较，如果一样，那就不插入。如果一样那就插入。此时说明这100个User其hashcode不同。

现在重写这俩方法再运行一边：

public class User{
 public static String name;
 public User(String name) {
  this.name = name;
 }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (o == this) return true;
        if (!(o instanceof User)) {
            return false;
        }
        User user = (User) o;
        return User.name.equals(name);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return name.hashCode();
    } 
}

在EqualTest类再测试一遍，首先看看内存变化：

上图可以看到上升幅度没那么大。而且输出为true，这是肯定的，由于重写了hashcode和equal，所以HashMap添加的肯定是同一个对象。

4、内部类持有外部类

这个场景和上面类似。

5、finalize方法

这个方法之前曾经专门花过文章写过，这个问题很简单。看一张图

这就是整个过程。不过在这里我们主要看的是finalize方法对垃圾回收的影响，其实就是在第三步，也就是这个对象含有finalize，进入了队列但一直没有被调用的这段时间，会一直占用内存。造成内存泄漏。

6、ThreadLocal的错误使用

ThreadLocal主要用于创建本地线程变量，不合理的使用也有可能会造成内存泄漏。

上面这张图详细的揭示了ThreadLocal和Thread以及ThreadLocalMap三者的关系。

1、Thread中有一个map，就是ThreadLocalMap

2、ThreadLocalMap的key是ThreadLocal，值是我们自己设定的。

3、ThreadLocal是一个弱引用，当为null时，会被当成垃圾回收

4、重点来了，突然我们ThreadLocal是null了，也就是要被垃圾回收器回收了，但是此时我们的ThreadLocalMap生命周期和Thread的一样，它不会回收，这时候就出现了一个现象。那就是ThreadLocalMap的key没了，但是value还在，这就造成了内存泄漏。

解决办法：使用完ThreadLocal后，执行remove操作，避免出现内存溢出情况。

现在介绍了几种常见的内存泄漏情况，上面的知识点比较常见，最主要的是如何检测出来。

三、检测内存泄漏

检测的目的是定位内存泄漏出现的位置，常见的有以下几种方法：

1、工具分析

这个工具比较多，比如说JProfiler、YourKit、Java VisualVM和Netbeans Profiler。他可以帮助我们分析是哪一个对象或者是类内存的飙升。也可以看到内存CPU的等等各种情况。上面多次演示到了。

2、垃圾回收分析

这个其实也可以用工具进行分析。上面的VisualVM中，可以打印堆。也可以从外部导入dump文件进行分析。

如果不用工具的话，我们可以通过IDE看到。JVM配置添加-verbose:gc。然后就会打印出相关信息。下面这张图非原创，来自Baeldung。

3、基准测试

也就是使用科学的方式进行分析java代码的性能。进而判断分析。

四、结论

内存泄漏是个很严重的问题，也比较常见。最主要的原因是动态开辟的空间，在使用完毕后未释放，结果导致一直占据该内存单元。直到程序结束。因此良好的代码规范，可以有效地避免这些错误。