乾貨分享：淺談記憶體洩露

作者：孤獨煙 來源：微信公眾號（打雜的ZRJ）

原文連結：https://mp.weixin.qq.com/s/TEeuqi3PXfpj0zvDKrX_vQ 孤獨煙

前言

這個話題已經是老生常談了，之所以又被我拎出來，是因為博主隔壁的一個童鞋最近寫了一篇叫做《ThreadLocal記憶體洩露》的文章，我就不上鍊接了，因為寫的實在是。。 （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，我們要先談一下定義，因為一堆人搞不懂記憶體溢位和記憶體洩露的區別。
記憶體溢位(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）
記憶體洩露(MemoryLeak): 你有十塊錢，我找你要一塊。但是無恥的博主，不把錢還你了。 （沒退還）
關係: 多次的記憶體洩露，會導致記憶體溢位。(博主不要臉的找你多要幾次錢，你就沒錢了，就是這個道理。)

危害

ok，大家在專案中有沒遇到過java程式越來越卡的情況。
因為記憶體洩露，會導致頻繁的 Full GC ，而 Full GC   又會造成程式停頓，最後Crash了。因此，你會感覺到你的程式越來越卡，越來越卡，然後你就被產品經理鄙視了。順便提一下，我們之所以JVM調優，就是為了減少 Full GC 的出現。
我記得，我曾經有一次，就遇到專案剛上線的時候好好的。結果隨著時間的堆積，報了 OutOfMemoryError: PermGen space 。
說到這個 PermGen space ，突然間，一陣洪荒之力，從博主體內噴湧而出，一定要介紹一下這個方法區，不過點到為止，畢竟這不是在講《jvm從入門到放棄》。
方法區 :出自java虛擬機器規範, 可供 各條執行緒共享 的 執行時記憶體區域 。它儲存了 每一個類的結構資訊 ，例如執行時常量池（ Runtime Constant Pool ）、欄位和方法資料、建構函式和普通方法的位元組碼內容。
上面講的是規範，在不同虛擬機器裡頭實現是不一樣的，最典型的就是 永久代(PermGen space) 和 元空間(Metaspace) 。

jdk1.8以前: 實現方法區的叫永久代。因為在很久遠以前，java覺得類幾乎是 靜態的 ，並且很少被解除安裝和回收，所以給了一個 永久代 的雅稱。 因此 ，如果你在專案中，發現堆和永久代一直在不斷增長，沒有下降趨勢,回收的速度根本趕不上增長的速度，不用說了，這種情況基本可以確定是記憶體洩露。

jdk1.8以後: 實現方法區的叫元空間。Java覺得對永久代進行調優是很困難的。永久代中的後設資料可能會隨著每一次 Full GC 發生而進行移動。並且為永久代設定空間大小也是很難確定的。 因此 ，java決定將類的後設資料分配在本地記憶體中，元空間的最大可分配空間就是系統可用記憶體空間。這樣，我們就避開了設定永久代大小的問題。 但是 ，這種情況下，一旦發生記憶體洩露，會佔用你的大量本地記憶體。如果你發現，你的專案中本地記憶體佔用率異常高。嗯，這就是記憶體洩露了。

如何排查

（1）透過 jps 查詢java程式id。
（2）透過 top -p [pid] 發現記憶體佔用達到了最大值
（3） jstat -gccause pid 20000   每隔20秒輸出 Full GC 結果
（4）發現 Full GC 次數太多，基本就是記憶體洩露了。生成 dump 檔案，藉助工具分析是哪個物件太多了。基本能定位到問題在哪。

例項

在stackoverflow上，有一個問題，如下所示

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.

大致就是，因為面試需要手寫一段記憶體洩露的程式，然後提問的人突然懵逼了，於是很多大佬紛紛給出回答。
案例一
此例子出自《演算法》(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];
        }
    }

當資料從棧裡面彈出來之後，data陣列還一直保留著指向元素的指標。那麼就算你把棧pop空了，這些元素佔的記憶體也不會被回收的。
解決方案就是

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

案例二
這個其實是一堆例子，這些例子造成記憶體洩露的原因都是類似的，就是 不關閉流 ，具體的，可以是檔案流，socket流，資料庫連線流，等等
具體如下，沒關檔案流

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

再比如，沒關閉連線

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

解決方案就是。。。嗯，大家應該都會。。你敢說你不會調 close() 方法。
案例三
講這個例子前，大家對 ThreadLocal 在 Tomcat 中引起記憶體洩露有了解麼。不過，我要說一下，這個洩露問題，和ThreadLocal本身關係不大，我看了一下官網給的例子，基本都是屬於使用不當引起的。
在Tomcat的官網上，記錄了這個問題。地址是:
不過，官網的這個例子，可能不好理解，我們略作改動。

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"/>

執行緒池最大執行緒為150個，最小執行緒為4個

Tomcat中Connector元件負責接受並處理請求，每來一個請求，就會去執行緒池中取一個執行緒。
在訪問該servlet時， ThreadLocal 變數裡面被新增了 new LocalVariable() 例項，但是沒有被 remove ，這樣該變數就隨著執行緒回到了執行緒池中。另外多次訪問該 servlet 可能用的不是工作執行緒池裡面的同一個執行緒，這會導致工作執行緒池裡面多個執行緒都會存在記憶體洩露。

另外， servlet 的 doGet 方法裡面建立 new LocalVariable() 的時候使用的是 webappclassloader 。
那麼
LocalVariable 物件沒有釋放 ->   LocalVariable.class 沒有釋放 -> webappclassloader 沒有釋放 ->   webappclassloader 載入的所有類也沒有被釋放，也造成了記憶體洩露。

除此之外，你在 eclipse 中，做一個 reload 操作，工作執行緒池裡面的執行緒還是一直存在的，並且執行緒裡面的 threadLocal 變數並沒有被清理。而 reload 的時候，又會新構建一個 webappclassloader ，重複上述步驟。多reload幾次，就記憶體溢位。
不過Tomcat7.0以後，你每做一次 reload ,會清理工作執行緒池中執行緒的 threadLocals 變數。因此，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,並非每次web請求時候程式執行的 ThreadLocal 都是唯一的。 ThreadLocal 的什麼生命週期不等於一次 Request 的生命週期。 ThreadLocal 與執行緒物件緊密繫結的,由於 Tomcat 使用了執行緒池,執行緒是可能存在複用情況。