JVM内存泄露与溢出

内存泄漏和内存溢出

内存泄露：申请的内存空间没有被正确释放，导致内存空间被占用，并且之后也不会使用。

内存溢出：申请的内存空间超过了空闲内存空间，即内存不够使用。

所以说，内存泄漏可能会导致内存溢出，我们需要注意有可能会导致内存泄漏的情况。

常见的内存泄露原因：

• 静态变量引用：
  在JDK8中，没有永久代的概念了，静态集合也都有可能被垃圾回收。但是通常，静态集合被设计为缓存数据或者维护全局状态，其内容可能会随着应用的运行而动态变化，并且可能被多个线程同时访问和修改。由于缓存数据的特点，如果使用不当就会导致内存泄露例子。比如下面这个例子，即使这些元素已经不再需求，list中元素也没有被清空或者移除，它们仍然会一直存在与list，从而占用内存。

  import java.util.ArrayList;
  import java.util.List;
  
  public class StaticListLeakExample {
      private static List list = new ArrayList<>();
  
      public static void add(String value) {
          list.add(value);
      }
  
      public static int size() {
          return list.size();
      }
  
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
              add("value" + i);
              if (size() % 100 == 0) {
                  System.out.println("size: " + size());
                  Thread.sleep(1000); // 模拟其他操作
              }
          }
      }
  }
  

  为了避免这种情况，我们可以在不再需要静态集合中的元素时，手动将其从集合中移除，或者使用弱引用等更加安全和灵活的解决方案，以便及时释放内存并提高应用程序的性能。

  以下是使用弱引用解决内存泄漏问题的示例代码：

  import java.lang.ref.WeakReference;
  import java.util.ArrayList;
  import java.util.List;
  
  public class WeakListExample {
      private static List> list = new ArrayList<>();
  
      public static void add(String value) {
          list.add(new WeakReference<>(value));
      }
  
      public static int size() {
          return list.size();
      }
  
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
              add("value" + i);
              if (size() % 100 == 0) {
                  System.out.println("size: " + size());
                  Thread.sleep(1000); // 模拟其他操作
              }
          }
      }
  }
  

  在上述示例中，我们使用 java.lang.ref.WeakReference类来包装 String类型的元素，将其添加到静态集合 list中。因为 WeakReference是一种弱引用，即只要该对象没有被强引用所持有，垃圾回收器就可以随时回收它。这意味着，如果 list中的某个元素不再被任何强引用所持有，那么它就会被自动回收。

  需要注意的是，由于弱引用可能会被垃圾回收器提前回收，因此当我们从 WeakReference对象中获取元素时，需要先判断该元素是否已经被回收，以避免出现 NullPointerException等异常。具体来说，我们可以使用 WeakReference类的 get()方法来获取元素，并判断其返回值是否为null。

  总之，使用弱引用可以避免静态集合导致的内存泄漏问题，但也需要注意弱引用可能被提前回收的特点，并在代码中做好相应的处理。

• 单例模式

  单利模式是一种常见的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。但是如果这个单例对象持有了其他对象的引用，而这些被引用的对象不再使用却仍然存在于内存，就会导致内存泄露。

• 数据库连接、IO、Socket等连接

  创建的连接不再使用时，需要调用close方法关闭连接，只有连接被关闭，GC才会回收对应的对象（Connection，Statement、ResultSet，Session）。忘记关闭这些资源会导致持续占有内存，无法被GC回收。

  try {
      Connection conn = null;
      Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
      conn = DriverManager.getConnection("url", "", "");
      Statement stmt = conn.createStatement();
      ResultSet rs = stmt.executeQuery("....");
    } catch (Exception e) {
  
    }finally {
      //不关闭连接
    }
  

• 变量不合理的作用域

  一个变量的定义作用于大于其使用范围，很可能存在内存泄露；或不再将使用对象设置为null，很可能导内存泄露的发生。

  public class Simple {
      Object object;
      public void method1(){
          object = new Object();
          //...其他代码
          //由于作用域原因，method1执行完成之后，object 对象所分配的内存不会马上释放
          object = null;
      }
  }
  

• ThreadLocal使用不当

  

  从上图可以看出来，hreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal不存在一个外部强引用时，Key（ThreadLocal）势必会被GC回收，这样就会导致ThreadLocalMap中key为null，而value还存在着强引用，只有thread线程退出以后，value的强引用链条才会断掉。如果当前线程一直不结束掉，那么这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：

  Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value

  永远无法回收，造成内存泄漏。

  key 使用强引用：

  当hreadLocalMap的key为强引用回收ThreadLocal时，因为ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用，如果没有手动删除，ThreadLocal不会被回收，导致Entry内存泄漏。

  key 使用弱引用：

  当ThreadLocalMap的key为弱引用回收ThreadLocal时，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使没有手动删除，ThreadLocal也会被回收。当key为null，在下一次ThreadLocalMap调用set(),get()，remove()方法的时候会被清除value值。

  因此，ThreadLocal内存泄漏的根源是：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏，而不是因为弱引用。

  正确使用：

  1. 及时清理ThreadLocal的引用

     当一个线程结束时，其中的 ThreadLocal 副本会被释放，但它所持有的对象可能仍然存在于内存中。因此，为了避免内存泄漏，需要及时清理对应的 ThreadLocal 引用。这通常可以通过在使用完毕后将 ThreadLocal 变量设为 null 来实现。

  2. 避免创建过多的ThreadLocal对象

     每个ThreadLocal对象都会占用一定的内存空间，并且会在每个线程上创建一个副本。因此如果创建过多的ThreadLocal对象，就会占用大量的内存空间，甚至导致内存溢出问题。可以考虑将多个相关的变量整合到同一个ThreadLocal对象中减少对象数据。

  3. 使用静态的ThreadLcoal变量，要注意不要直接将其定义为静态成员变量，因为这样会让该变量跨越多个类加载器而导致内存泄露。可以考虑使用 ThreadLocal.withInitial()方法来创建静态的ThreadLocal变量。

     Java 虚拟机中，每个类加载器都有自己的命名空间（namespace），不同的类加载器之间可以加载同名但不同版本的类。当一个线程在一个类加载器中创建了静态的 ThreadLocal 变量，并将其定义为该类的静态成员变量时，如果这个线程后续在另一个类加载器中加载了同名但不同版本的类，并且访问了该类的静态成员变量（包括 ThreadLocal 变量），就会出现内存泄漏问题。

     这是因为，在多个类加载器中加载的同名类，虽然名称相同但实际上是不同的类类型，它们拥有各自独立的静态成员变量和 ThreadLocal 变量副本。而对于一个线程来说，它只能访问到在同一类加载器中加载的同名类的静态成员变量和 ThreadLocal 变量副本，而无法访问其他类加载器中的变量副本。因此，如果在一个类加载器中创建了静态的 ThreadLocal 变量，并且直接将其定义为静态成员变量，就会导致该变量跨越多个类加载器而产生内存泄漏问题

  4. 避免在循环中重复创建 ThreadLocal 对象。ThreadLocal应当设计为全局使用。

• Hash值发生变化

  对象 Hash 值改变，使用 HashMap、HashSet 等容器中时候，由于对象修改之后的 Hah 值和存储进容器时的 Hash 值不同，所以无法找到存入的对象，自然也无法单独删除了，这也会造成内存泄漏。说句题外话，这也是为什么 String 类型被设置成了不可变类型。

  在 Java 中，HashMap 和 HashSet 的元素的 hash 值是由元素的 key 和 value 共同决定的。具体来说，对于一个 HashMap 或 HashSet 中的元素，其 hash 值的计算方式如下：

  1. 如果该元素的 key 或 value 为 null，那么它的 hash 值也为 0。
  2. 如果该元素的 key 或 value 不为 null，首先会调用它们的 hashCode() 方法计算出它们各自的 hash 值。
  3. 然后将两个 hash 值通过异或运算（^）组合起来作为该元素的最终 hash 值。

  这种方式可以保证 HashMap 或 HashSet 中的每个元素都有唯一的 hash 值，并且能够尽量避免碰撞（即不同元素拥有相同的 hash 值）。