什么是Java内存泄漏

原文：https://developer.ibm.com/zh/articles/l-JavaMemoryLeak/

内存泄露就是堆内存中不再使用的对象，但是垃圾回收期无法从内存中删除他们的情况，因此他们会被不必要的一直存在。这种情况会耗尽内存资源并降低系统性能，最终以OOM终止。

问题的提出

Java的一个重要优点就是通过垃圾收集器(Garbage Collection，GC)自动管理内存的回收，程序员不需要通过调用函数来释放内存。因此，很多程序员认为Java不存在内存泄漏问题，或者认为即使有内存泄漏也不是程序的责任，而是GC或JVM的问题。其实，这种想法是不正确的，因为Java也存在内存泄露，但它的表现与C++不同。

随着越来越多的服务器程序采用Java技术，例如JSP，Servlet， EJB等，服务器程序往往长期运行。另外，在很多嵌入式系统中，内存的总量非常有限。内存泄露问题也就变得十分关键，即使每次运行少量泄漏，长期运行之后，系统也是面临崩溃的危险。

Java 是如何管理内存

为了判断Java中是否有内存泄露，我们首先必须了解Java是如何管理内存的。Java的内存管理就是对象的分配和释放问题。在Java中，程序员需要通过关键字new为每个对象申请内存空间 (基本类型除外)，所有的对象都在堆 (Heap)中分配空间。另外，对象的释放是由GC决定和执行的。在Java中，内存的分配是由程序完成的，而内存的释放是有GC完成的，这种收支两条线的方法确实简化了程序员的工作。但同时，它也加重了JVM的工作。这也是Java程序运行速度较慢的原因之一。因为，GC为了能够正确释放对象，GC必须监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等，GC都需要进行监控。

监视对象状态是为了更加准确地、及时地释放对象，而释放对象的根本原则就是该对象不再被引用。

为了更好理解GC的工作原理，我们可以将对象考虑为有向图的顶点，将引用关系考虑为图的有向边，有向边从引用者指向被引对象。另外，每个线程对象可以作为一个图的起始顶点，例如大多程序从main进程开始执行，那么该图就是以main进程顶点开始的一棵根树。在这个有向图中，根顶点可达的对象都是有效对象，GC将不回收这些对象。如果某个对象 (连通子图)与这个根顶点不可达(注意，该图为有向图)，那么我们认为这个(这些)对象不再被引用，可以被GC回收。

以下，我们举一个例子说明如何用有向图表示内存管理。对于程序的每一个时刻，我们都有一个有向图表示JVM的内存分配情况。以下右图，就是左边程序运行到第6行的示意图。

Java内存管理

Java使用有向图的方式进行内存管理，可以消除引用循环的问题，例如有三个对象，相互引用，只要它们和根进程不可达的，那么GC也是可以回收它们的。这种方式的优点是管理内存的精度很高，但是效率较低。另外一种常用的内存管理技术是使用计数器，例如COM模型采用计数器方式管理构件，它与有向图相比，精度行低(很难处理循环引用的问题)，但执行效率很高。

什么是 Java 中的内存泄露

下面，我们就可以描述什么是内存泄漏。在Java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对象，这些对象有下面两个特点，首先，这些对象是可达的，即在有向图中，存在通路可以与其相连；其次，这些对象是无用的，即程序以后不会再使用这些对象。如果对象满足这两个条件，这些对象就可以判定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。

在C++中，内存泄漏的范围更大一些。有些对象被分配了内存空间，然后却不可达，由于C++中没有GC，这些内存将永远收不回来。在Java中，这些不可达的对象都由GC负责回收，因此程序员不需要考虑这部分的内存泄露。

通过分析，我们得知，对于C++，程序员需要自己管理边和顶点，而对于Java程序员只需要管理边就可以了(不需要管理顶点的释放)。通过这种方式，Java提高了编程的效率。

Java内存泄漏

因此，通过以上分析，我们知道在Java中也有内存泄漏，但范围比C++要小一些。因为Java从语言上保证，任何对象都是可达的，所有的不可达对象都由GC管理。

对于程序员来说，GC基本是透明的，不可见的。虽然，我们只有几个函数可以访问GC，例如运行GC的函数System.gc()，但是根据Java语言规范定义， 该函数不保证JVM的垃圾收集器一定会执行。因为，不同的JVM实现者可能使用不同的算法管理GC。通常，GC的线程的优先级别较低。JVM调用GC的策略也有很多种，有的是内存使用到达一定程度时，GC才开始工作，也有定时执行的，有的是平缓执行GC，有的是中断式执行GC。但通常来说，我们不需要关心这些。除非在一些特定的场合，GC的执行影响应用程序的性能，例如对于基于Web的实时系统，如网络游戏等，用户不希望GC突然中断应用程序执行而进行垃圾回收，那么我们需要调整GC的参数，让GC能够通过平缓的方式释放内存，例如将垃圾回收分解为一系列的小步骤执行，Sun提供的HotSpot JVM就支持这一特性。

下面给出了一个简单的内存泄露的例子。在这个例子中，我们循环申请Object对象，并将所申请的对象放入一个Vector中，如果我们仅仅释放引用本身，那么Vector仍然引用该对象，所以这个对象对GC来说是不可回收的。因此，如果对象加入到Vector后，还必须从Vector中删除，最简单的方法就是将Vector对象设置为null。

Vector v=new Vector(10);
for (int i=1;i<100; i++)
{
    Object o=new Object();
    v.add(o);
    o=null;
}

此时，所有的Object对象都没有被释放，因为变量v引用这些对象。

Java中内存泄露类型

1. static字段引起的内存泄露

大量使用static字段会潜在的导致内存泄露，在Java中，静态字段通常拥有与整个应用程序相匹配的生命周期。
解决办法：最大限度的减少静态变量的使用；单例模式时，依赖于延迟加载对象而不是立即加载方式。

2. 未关闭的资源导致内存泄露

每当创建连接或者打开流时，JVM都会为这些资源分配内存。如果没有关闭连接，会导致持续占有内存。在任意情况下，资源留下的开放连接都会消耗内存，如果我们不处理，就会降低性能，甚至OOM。
解决办法：使用finally块关闭资源；关闭资源的代码，不应该有异常；jdk1.7后，可以使用try-with-resource块。

3. 不正确的equals()和hashCode()

在HashMap和HashSet这种集合中，常常用到equal()和hashCode()来比较对象，如果重写不合理，将会成为潜在的内存泄露问题。
解决办法：用最佳的方式重写equals()和hashCode。

4. 引用了外部类的内部类

非静态内部内的初始化，总是需要外部类的实例；默认情况下，每个非静态内部类都包含对其包含内的隐式引用，如果我们在应用程序中使用这个内部类对象，那么即使在我们的包含类对象超出范围后，它也不会被垃圾收集。
解决办法：如果内部类不需要访问包含的类成员，考虑转换为静态类。

5. finalize()方法造成的内存泄露

重写finalize()方法时，该类的对象不会立即被垃圾收集器收集，如果finalize()方法的代码有问题，那么会潜在的引发OOM；
解决办法：避免重写finalize()。

6. 常量字符串造成的内存泄露

如果我们读取一个很大的String对象，并调用了inter(），那么它将放到字符串池中，位于PermGen中，只要应用程序运行，该字符串就会保留，这就会占用内存，可能造成OOM。
解决办法：增加PermGen的大小，-XX:MaxPermSize=512m；升级Java版本，JDK1.7后字符串池转移到了堆中。

7. 使用ThreadLocal造成内存泄露

使用ThreadLocal时，每个线程只要处于存活状态就可保留对其ThreadLocal变量副本的隐式调用，且将保留其自己的副本。使用不当，就会引起内存泄露。
一旦线程不在存在，ThreadLocals就应该被垃圾收集，而现在线程的创建都是使用线程池，线程池有线程重用的功能，因此线程就不会被垃圾回收器回收。所以使用到ThreadLocals来保留线程池中线程的变量副本时，ThreadLocals没有显示的删除时，就会一直保留在内存中，不会被垃圾回收。
解决办法：不在使用ThreadLocal时，调用remove()方法，该方法删除了此变量的当前线程值。不要使用ThreadLocal.set(null)，它只是查找与当前线程关联的Map并将键值对设置为当前线程为null。