我刚刚接受了一次采访,被要求用Java创建内存泄漏。

不用说,我觉得自己很傻,不知道如何开始创作。

什么样的例子?


当前回答

这是一个简单/险恶的http://wiki.eclipse.org/Performance_Bloopers#String.substring.28.29.

public class StringLeaker
{
    private final String muchSmallerString;

    public StringLeaker()
    {
        // Imagine the whole Declaration of Independence here
        String veryLongString = "We hold these truths to be self-evident...";

        // The substring here maintains a reference to the internal char[]
        // representation of the original string.
        this.muchSmallerString = veryLongString.substring(0, 1);
    }
}

因为子字符串指的是原始字符串的内部表示,所以原始字符串会保留在内存中。因此,只要你有一个StringLeaker在玩,你的记忆中也有整个原始字符串,即使你可能认为你只是在保存一个字符串。

避免存储对原始字符串的不需要的引用的方法如下:

...
this.muchSmallerString = new String(veryLongString.substring(0, 1));
...

为了增加坏处,您还可以.intern()子字符串:

...
this.muchSmallerString = veryLongString.substring(0, 1).intern();
...

这样做将在内存中保留原始的长字符串和派生的子字符串,即使在StringLeaker实例被丢弃之后也是如此。

其他回答

保存对象引用的静态字段(尤其是最终字段)

class MemorableClass {
    static final ArrayList list = new ArrayList(100);
}

(未关闭)开放流(文件、网络等)

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

未封闭的连接

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

JVM垃圾收集器无法访问的区域,例如通过本机方法分配的内存。

在web应用程序中,某些对象存储在应用程序范围中,直到应用程序被显式停止或删除。

getServletContext().setAttribute("SOME_MAP", map);

不正确或不适当的JVM选项,例如IBM JDK上的noclassgc选项,它阻止未使用的类垃圾收集

请参阅IBM JDK设置。

Java中有很多内存泄漏的好例子,我将在这个答案中提到其中两个。

示例1:

以下是《有效Java,第三版》(第7项:消除过时的对象引用)一书中的一个内存泄漏的好例子:

// Can you spot the "memory leak"?
public class Stack {
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    private Object[] elements;
    private int size = 0;

    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    public void push(Object e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }

    public Object pop() {
        if (size == 0) throw new EmptyStackException();
        return elements[--size];
    }

    /*** Ensure space for at least one more element, roughly* doubling the capacity each time the array needs to grow.*/
    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size) elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
    }
}

本书的这一段描述了为什么此实现会导致内存泄漏:

如果堆栈增长然后收缩即使程序使用堆栈没有对它们的更多引用。这是因为堆栈维护对这些对象的过时引用。一个过时的引用只是一个永远不会被取消引用的引用再一次在这种情况下元素数组已过时。活动部分包括索引小于大小的元素

以下是本书解决此内存泄漏的解决方案:

解决这类问题的方法很简单:null out引用一旦过时。在Stack类的情况下,对项目的引用一经弹出就过时从堆栈中删除。pop方法的修正版本如下所示:

public Object pop() {
    if (size == 0) throw new EmptyStackException();
    Object result = elements[--size];
    elements[size] = null; // Eliminate obsolete reference
    return result;
}

但我们如何防止内存泄漏的发生?这是本书中一个很好的警告:

一般来说,每当类管理自己的内存时,程序员应该警惕内存泄漏。每当元素元素中包含的任何对象引用都应该为空。

示例2:

观察者模式也会导致内存泄漏。您可以在以下链接中阅读此模式:观察者模式。

这是观察者模式的一种实现:

class EventSource {
    public interface Observer {
        void update(String event);
    }

    private final List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    private void notifyObservers(String event) {
        observers.forEach(observer -> observer.update(event)); //alternative lambda expression: observers.forEach(Observer::update);
    }

    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void scanSystemIn() {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNextLine()) {
            String line = scanner.nextLine();
            notifyObservers(line);
        }
    }
}

在这个实现中,EventSource(在Observer设计模式中是可观察的)可以保存到Observer对象的链接,但这个链接从未从EventSource的Observer字段中删除。所以垃圾收集器永远不会收集它们。解决这一问题的一个解决方案是向客户提供另一种方法,当他们不再需要这些观察员时,将上述观察员从观察员字段中删除:

public void removeObserver(Observer observer) {
    observers.remove(observer);
}

另一种可能造成巨大内存泄漏的方法是保存对TreeMap的Map.Entry<K,V>的引用。

很难理解为什么这只适用于TreeMaps,但通过查看实现,原因可能是:TreeMap.Entry存储了对其同级的引用,因此,如果TreeMaps准备好被收集,但其他类保存了对其Map.Intry的引用,则整个Map将保留在内存中。


现实生活场景:

想象一下,有一个数据库查询返回一个大的TreeMap数据结构。人们通常使用TreeMaps作为元素插入顺序。

public static Map<String, Integer> pseudoQueryDatabase();

如果查询被多次调用,并且对于每个查询(因此,对于返回的每个Map),您在某个地方保存了一个条目,那么内存将不断增长。

考虑以下包装类:

class EntryHolder {
    Map.Entry<String, Integer> entry;

    EntryHolder(Map.Entry<String, Integer> entry) {
        this.entry = entry;
    }
}

应用程序:

public class LeakTest {

    private final List<EntryHolder> holdersCache = new ArrayList<>();
    private static final int MAP_SIZE = 100_000;

    public void run() {
        // create 500 entries each holding a reference to an Entry of a TreeMap
        IntStream.range(0, 500).forEach(value -> {
            // create map
            final Map<String, Integer> map = pseudoQueryDatabase();

            final int index = new Random().nextInt(MAP_SIZE);

            // get random entry from map
            for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
                if (entry.getValue().equals(index)) {
                    holdersCache.add(new EntryHolder(entry));
                    break;
                }
            }
            // to observe behavior in visualvm
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

    }

    public static Map<String, Integer> pseudoQueryDatabase() {
        final Map<String, Integer> map = new TreeMap<>();
        IntStream.range(0, MAP_SIZE).forEach(i -> map.put(String.valueOf(i), i));
        return map;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new LeakTest().run();
    }
}

在每次pseudoQueryDatabase()调用之后,映射实例应该准备好进行收集,但这不会发生,因为至少有一个Entry存储在其他地方。

根据您的jvm设置,应用程序可能会在早期因OutOfMemoryError而崩溃。

您可以从这个可视化虚拟机图中看到内存是如何保持增长的。

哈希数据结构(HashMap)不会发生同样的情况。

这是使用HashMap时的图形。

解决方案?只需直接保存键/值(您可能已经这样做了),而不是保存Map.Entry。


我在这里写了一个更广泛的基准。

我认为,一个有效的例子可能是在线程集中的环境中使用ThreadLocal变量。

例如,使用Servlet中的ThreadLocal变量与其他web组件通信,让容器创建线程,并在池中维护空闲线程。ThreadLocal变量如果没有正确清理,将一直存在,直到同一个web组件覆盖它们的值。

当然,一旦确定,问题很容易解决。

这里有一个非常简单的Java程序,它将耗尽空间

public class OutOfMemory {

    public static void main(String[] arg) {

        List<Long> mem = new LinkedList<Long>();
        while (true) {
            mem.add(new Long(Long.MAX_VALUE));
        }
    }
}