【原創】淺談內存泄露

前言

這個話題已是老生常談了，之因此又被我拎出來，是由於博主隔壁的一個童鞋最近寫了一篇叫作《ThreadLocal內存泄露》的文章，我就不上連接了，由於寫的實在是。。（省略一萬字）
重點是寫完後，還被我問懵了。出於人道主義關懷，博主很不要臉的再寫一篇。

正文

定義

首先，咱們要先談一下定義，由於一堆人搞不懂內存溢出和內存泄露的區別。
內存溢出(OutOfMemory):你只有十塊錢，我卻找你要了一百塊。對不起啊，我沒有這麼多錢。（給不起）
內存泄露(MemoryLeak):你有十塊錢，我找你要一塊。可是無恥的博主，不把錢還你了。（沒退還）
關係:屢次的內存泄露，會致使內存溢出。(博主不要臉的找你多要幾回錢，你就沒錢了，就是這個道理。)

危害

ok，你們在項目中有沒遇到過java程序愈來愈卡的狀況。
由於內存泄露，會致使頻繁的Full GC，而Full GC 又會形成程序停頓，最後Crash了。所以，你會感受到你的程序愈來愈卡，愈來愈卡，而後你就被產品經理鄙視了。順便提一下，咱們之因此JVM調優，就是爲了減小Full GC的出現。
我記得，我曾經有一次，就遇到項目剛上線的時候好好的。結果隨着時間的堆積，報了OutOfMemoryError: PermGen space。
說到這個PermGen space，忽然間，一陣洪荒之力，從博主體內噴涌而出，必定要介紹一下這個方法區，不過點到爲止，畢竟這不是在講《jvm從入門到放棄》。
方法區:出自java虛擬機規範, 可供各條線程共享的運行時內存區域。它存儲了每個類的結構信息，例如運行時常量池（Runtime Constant Pool）、字段和方法數據、構造函數和普通方法的字節碼內容。
上面講的是規範，在不一樣虛擬機裏頭實現是不同的，最典型的就是永久代(PermGen space)和元空間(Metaspace)。

jdk1.8之前:實現方法區的叫永久代。由於在好久遠之前，java以爲類幾乎是靜態的，而且不多被卸載和回收，因此給了一個永久代的雅稱。所以，若是你在項目中，發現堆和永久代一直在不斷增加，沒有降低趨勢,回收的速度根本趕不上增加的速度，不用說了，這種狀況基本能夠肯定是內存泄露。

jdk1.8之後:實現方法區的叫元空間。Java以爲對永久代進行調優是很困難的。永久代中的元數據可能會隨着每一次Full GC發生而進行移動。而且爲永久代設置空間大小也是很難肯定的。所以，java決定將類的元數據分配在本地內存中，元空間的最大可分配空間就是系統可用內存空間。這樣，咱們就避開了設置永久代大小的問題。可是，這種狀況下，一旦發生內存泄露，會佔用你的大量本地內存。若是你發現，你的項目中本地內存佔用率異常高。嗯，這就是內存泄露了。

如何排查

（1）經過jps查找java進程id。
（2）經過top -p [pid]發現內存佔用達到了最大值
（3）jstat -gccause pid 20000 每隔20秒輸出Full GC結果
（4）發現Full GC次數太多，基本就是內存泄露了。生成dump文件，藉助工具分析是哪一個對象太多了。基本能定位到問題在哪。

實例

在stackoverflow上，有一個問題，以下所示

I just had an interview, and I was asked to create a memory leak with Java. Needless to say I felt pretty dumb having no clue on how to even start creating one.

大體就是，由於面試須要手寫一段內存泄露的程序，而後提問的人忽然懵逼了，因而不少大佬紛紛給出回答。
案例一
此例子出自《算法》(第四版)一書，我簡化了一下

class stack{    
        Object data[1000];    
        int top = 0;    
        public void push(Object o){        
            data[top++] = o;   
        }    
        public Object pop(Object o){ 
            return data[--top];
        }
    }

當數據從棧裏面彈出來以後，data數組還一直保留着指向元素的指針。那麼就算你把棧pop空了，這些元素佔的內存也不會被回收的。
解決方案就是

public Object pop(Object o){ 
        Object result = data[--top];
        data[top] = null;
        return result;
    }

案例二
這個實際上是一堆例子，這些例子形成內存泄露的緣由都是相似的，就是不關閉流，具體的，能夠是文件流，socket流，數據庫鏈接流，等等
具體以下，沒關文件流

try {
    BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(inputFile));
    ...
    ...
} catch (Exception e) {
    e.printStacktrace();
}

再好比，沒關閉鏈接

try {
    Connection conn = ConnectionFactory.getConnection();
    ...
    ...
} catch (Exception e) {
    e.printStacktrace();
}

解決方案就是。。。嗯，你們應該都會。。你敢說你不會調close()方法。
案例三
講這個例子前，你們對ThreadLocal在Tomcat中引發內存泄露有了解麼。不過，我要說一下，這個泄露問題，和ThreadLocal自己關係不大，我看了一下官網給的例子，基本都是屬於使用不當引發的。
在Tomcat的官網上，記錄了這個問題。地址是:https://wiki.apache.org/tomcat/MemoryLeakProtection
不過，官網的這個例子，可能很差理解，咱們略做改動。

public class HelloServlet extends HttpServlet{
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    static class LocalVariable {
        private Long[] a = new Long[1024 * 1024 * 100];
    }

    final static ThreadLocal<LocalVariable> localVariable = new ThreadLocal<LocalVariable>();
    @Override
    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException, ServletException {
        localVariable.set(new LocalVariable());
    }
}

再來看下conf下sever.xml配置

<!--The connectors can use a shared executor, you can define one or more named thread pools-->
    <Executor name="tomcatThreadPool" namePrefix="catalina-exec-" 
        maxThreads="150" minSpareThreads="4"/>

線程池最大線程爲150個，最小線程爲4個
Tomcat中Connector組件負責接受並處理請求，每來一個請求，就會去線程池中取一個線程。
在訪問該servlet時，ThreadLocal變量裏面被添加了new LocalVariable()實例，可是沒有被remove，這樣該變量就隨着線程回到了線程池中。另外屢次訪問該servlet可能用的不是工做線程池裏面的同一個線程，這會致使工做線程池裏面多個線程都會存在內存泄露。

另外，servlet的doGet方法裏面建立new LocalVariable()的時候使用的是webappclassloader。
那麼
LocalVariable對象沒有釋放 -> LocalVariable.class沒有釋放 -> webappclassloader沒有釋放 -> webappclassloader加載的全部類也沒有被釋放，也形成了內存泄露。

除此以外，你在eclipse中，作一個reload操做，工做線程池裏面的線程仍是一直存在的，而且線程裏面的threadLocal變量並無被清理。而reload的時候，又會新構建一個webappclassloader，重複上述步驟。多reload幾回，就內存溢出。
不過Tomcat7.0之後，你每作一次reload,會清理工做線程池中線程的threadLocals變量。所以，這個問題在tomcat7.0後，不會存在。

ps:ThreadLocal的使用在Tomcat的服務環境下要注意,並不是每次web請求時候程序運行的ThreadLocal都是惟一的。ThreadLocal的什麼生命週期不等於一次Request的生命週期。ThreadLocal與線程對象緊密綁定的,因爲Tomcat使用了線程池,線程是可能存在複用狀況。