學習Java：記憶體洩露

簡單介紹了Java物件的記憶體管理，以及如何會發生記憶體洩露的。

同時介紹了一些檢查記憶體洩露的工具

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Java是如何管理記憶體的:
Java的記憶體管理就是物件的分配和釋放問題。在Java中，程式設計師需要透過關鍵字new為每個物件申請記憶體空間 (基本型別除外)，所有的物件都在堆 (Heap)中分配空間。另外，物件的釋放是由GC決定和執行的。在Java中，記憶體的分配是由程式完成的，而記憶體的釋放是有GC完成的，這種收支兩條線的方法確實簡化了程式設計師的工作。但同時，它也加重了JVM的工作。這也是Java程式執行速度較慢的原因之一。因為，GC為了能夠正確釋放物件，GC必須監控每一個物件的執行狀態，包括物件的申請、引用、被引用、賦值等，GC都需要進行監控。

監視物件狀態是為了更加準確地、及時地釋放物件，而釋放物件的根本原則就是該物件不再被引用。

Java使用有向圖的方式進行記憶體管理，如果某個物件 與這個根頂點不可達，那麼我們認為這個(這些)物件不再被引用，可以被GC回收。

用有向圖的方式，可以消除引用迴圈的問題，例如有三個物件，相互引用，只要它們和根程式不可達的，那麼GC也是可以回收它們的。這種方式的優點是管理記憶體的精度很高，但是效率較低。另外一種常用的記憶體管理技術是使用計數器，例如COM模型採用計數器方式管理構件，它與有向圖相比，精度行低(很難處理迴圈引用的問題)，但執行效率很高。

Java和c++中的記憶體洩露比較：

在Java中，記憶體洩漏就是存在一些被分配的物件，這些物件有下面兩個特點，首先，這些物件是可達的，即在有向圖中，存在通路可以與其相連；其次，這些物件是無用的，即程式以後不會再使用這些物件。如果物件滿足這兩個條件，這些物件就可以判定為Java中的記憶體洩漏，這些物件不會被GC所回收，然而它卻佔用記憶體。--無意識的記憶體保留（很多地方稱為無意識物件保留）。

在C++中，記憶體洩漏的範圍更大一些。有些物件被分配了記憶體空間，然後卻不可達，由於C++中沒有GC，這些記憶體將永遠收不回來。在Java中，這些不可達的物件都由GC負責回收，因此程式設計師不需要考慮這部分的記憶體洩露。

GC：
通常，GC的執行緒的優先順序別較低。JVM呼叫GC的策略也有很多種，有的是記憶體使用到達一定程度時，GC才開始工作，也有定時執行的，有的是平緩執行 GC，有的是中斷式執行GC。但通常來說，我們不需要關心這些。除非在一些特定的場合，GC的執行影響應用程式的效能，例如對於基於Web的實時系統，如網路遊戲等，使用者不希望GC突然中斷應用程式執行而進行垃圾回收那麼我們需要調整GC的引數，讓GC能夠透過平緩的方式釋放記憶體，例如將垃圾回收分解為一系列的小步驟執行，Sun提供的HotSpot JVM就支援這一特性。

如何檢查記憶體洩露：

目前，我們通常使用一些工具來檢查Java程式的記憶體洩漏問題。市場上已有幾種專業檢查Java記憶體洩漏的工具，它們的基本工作原理大同小異，都是透過監測Java程式執行時，所有物件的申請、釋放等動作，將記憶體管理的所有資訊進行統計、分析、視覺化。開發人員將根據這些資訊判斷程式是否有記憶體洩漏問題。這些工具包括Optimizeit Profiler，JProbe Profiler，JinSight , Rational 公司的Purify等。

Optimizeit Profiler版本4.11支援Application，Applet，Servlet和Romote Application四類應用，並且可以支援大多數型別的JVM，包括SUN JDK系列，IBM的JDK系列，和Jbuilder的JVM等。並且，該軟體是由Java編寫，因此它支援多種作業系統。

Optimizeit系列還包括Thread Debugger和Code Coverage兩個工具，分別用於監測執行時的執行緒狀態和程式碼覆蓋面。

當設定好所有的引數了，我們就可以在OptimizeIt環境下執行被測程式，在程式執行過程中，Optimizeit可以監視記憶體的使用曲線，包括JVM申請的堆(heap)的大小，和實際使用的記憶體大小。另外，在執行過程中，我們可以隨時暫停程式的執行，甚至強行呼叫GC，讓GC進行記憶體回收。透過記憶體使用曲線，我們可以整體瞭解程式使用記憶體的情況。這種監測對於長期執行的應用程式非常有必要，也很容易發現記憶體洩露。

在執行過程中，我們還可以從不同視角觀查記憶體的使用情況，Optimizeit提供了四種方式：

* 堆視角。 這是一個全面的視角，我們可以瞭解堆中的所有的物件資訊(數量和種類)，並進行統計、排序，過濾。瞭解相關物件的變化情況。
* 方法視角。透過方法視角，我們可以得知每一種類的物件，都分配在哪些方法中，以及它們的數量。
* 物件視角。給定一個物件，透過物件視角，我們可以顯示它的所有出引用和入引用物件，我們可以瞭解這個物件的所有引用關係。
* 引用圖。 給定一個根，透過引用圖，我們可以顯示從該頂點出發的所有出引用。

在執行過程中，我們可以隨時觀察記憶體的使用情況，透過這種方式，我們可以很快找到那些長期不被釋放，並且不再使用的物件。我們透過檢查這些物件的生存週期，確認其是否為記憶體洩露。在實踐當中，尋找記憶體洩露是一件非常麻煩的事情，它需要程式設計師對整個程式的程式碼比較清楚，並且需要豐富的除錯經驗，但是這個過程對於很多關鍵的Java程式都是十分重要的。