Java的内存泄漏

问题的提出

Java的一个重要优势就是经过垃圾收集器(Garbage Collection，GC)自动管理内存的回收，程序员不须要经过调用函数来释放内存。所以，不少程序员认为Java不存在内存泄漏问题，或者认为即便有内存泄漏也不是程序的责任，而是GC或JVM的问题。其实，这种想法是不正确的，由于Java也存在内存泄露，但它的表现与C++不一样。

随着愈来愈多的服务器程序采用Java技术，例如JSP，Servlet， EJB等，服务器程序每每长期运行。另外，在不少嵌入式系统中，内存的总量很是有限。内存泄露问题也就变得十分关键，即便每次运行少许泄漏，长期运行以后，系统也是面临崩溃的危险。

Java是如何管理内存

为了判断Java中是否有内存泄露，咱们首先必须了解Java是如何管理内存的。Java的内存管理就是对象的分配和释放问题。在Java中，程序员须要经过关键字new为每一个对象申请内存空间 (基本类型除外)，全部的对象都在堆 (Heap)中分配空间。另外，对象的释放是由GC决定和执行的。在Java中，内存的分配是由程序完成的，而内存的释放是有GC完成的，这种收支两条线的方法确实简化了程序员的工做。但同时，它也加剧了JVM的工做。这也是Java程序运行速度较慢的缘由之一。由于，GC为了可以正确释放对象，GC必须监控每个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等，GC都须要进行监控。

监视对象状态是为了更加准确地、及时地释放对象，而释放对象的根本原则就是该对象再也不被引用。

为了更好理解GC的工做原理，咱们能够将对象考虑为有向图的顶点，将引用关系考虑为图的有向边，有向边从引用者指向被引对象。另外，每一个线程对象能够做为一个图的起始顶点，例如大多程序从main进程开始执行，那么该图就是以main进程顶点开始的一棵根树。在这个有向图中，根顶点可达的对象都是有效对象，GC将不回收这些对象。若是某个对象 (连通子图)与这个根顶点不可达(注意，该图为有向图)，那么咱们认为这个(这些)对象再也不被引用，能够被GC回收。

如下，咱们举一个例子说明如何用有向图表示内存管理。对于程序的每个时刻，咱们都有一个有向图表示JVM的内存分配状况。如下右图，就是左边程序运行到第6行的示意图。

Java使用有向图的方式进行内存管理，能够消除引用循环的问题，例若有三个对象，相互引用，只要它们和根进程不可达的，那么GC也是能够回收它们的。这种方式的优势是管理内存的精度很高，可是效率较低。另一种经常使用的内存管理技术是使用计数器，例如COM模型采用计数器方式管理构件，它与有向图相比，精度行低(很难处理循环引用的问题)，但执行效率很高。

什么是Java中的内存泄露

下面，咱们就能够描述什么是内存泄漏。在Java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对象，这些对象有下面两个特色，首先，这些对象是可达的，即在有向图中，存在通路能够与其相连；其次，这些对象是无用的，即程序之后不会再使用这些对象。若是对象知足这两个条件，这些对象就能够断定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。

在C++中，内存泄漏的范围更大一些。有些对象被分配了内存空间，而后却不可达，因为C++中没有GC，这些内存将永远收不回来。在Java中，这些不可达的对象都由GC负责回收，所以程序员不须要考虑这部分的内存泄露。

经过分析，咱们得知，对于C++，程序员须要本身管理边和顶点，而对于Java程序员只须要管理边就能够了(不须要管理顶点的释放)。经过这种方式，Java提升了编程的效率。

所以，经过以上分析，咱们知道在Java中也有内存泄漏，但范围比C++要小一些。由于Java从语言上保证，任何对象都是可达的，全部的不可达对象都由GC管理。

对于程序员来讲，GC基本是透明的，不可见的。虽然，咱们只有几个函数能够访问GC，例如运行GC的函数System.gc()，可是根据Java语言规范定义， 该函数不保证JVM的垃圾收集器必定会执行。由于，不一样的JVM实现者可能使用不一样的算法管理GC。一般，GC的线程的优先级别较低。JVM调用GC的策略也有不少种，有的是内存使用到达必定程度时，GC才开始工做，也有定时执行的，有的是平缓执行GC，有的是中断式执行GC。但一般来讲，咱们不须要关心这些。除非在一些特定的场合，GC的执行影响应用程序的性能，例如对于基于Web的实时系统，如网络游戏等，用户不但愿GC忽然中断应用程序执行而进行垃圾回收，那么咱们须要调整GC的参数，让GC可以经过平缓的方式释放内存，例如将垃圾回收分解为一系列的小步骤执行，Sun提供的HotSpot JVM就支持这一特性。

下面给出了一个简单的内存泄露的例子。在这个例子中，咱们循环申请Object对象，并将所申请的对象放入一个Vector中，若是咱们仅仅释放引用自己，那么Vector仍然引用该对象，因此这个对象对GC来讲是不可回收的。所以，若是对象加入到Vector后，还必须从Vector中删除，最简单的方法就是将Vector对象设置为null。

Vector v=new Vector(10);
for (int i=1;i<100; i++)
{
	Object o=new Object();
	v.add(o);
	o=null;	
}

//此时，全部的Object对象都没有被释放，由于变量v引用这些对象。

如何检测内存泄漏

最后一个重要的问题，就是如何检测Java的内存泄漏。目前，咱们一般使用一些工具来检查Java程序的内存泄漏问题。市场上已有几种专业检查Java内存泄漏的工具，它们的基本工做原理大同小异，都是经过监测Java程序运行时，全部对象的申请、释放等动做，将内存管理的全部信息进行统计、分析、可视化。开发人员将根据这些信息判断程序是否有内存泄漏问题。这些工具包括Optimizeit Profiler，JProbe Profiler，JinSight , Rational 公司的Purify等。

下面，咱们将简单介绍Optimizeit的基本功能和工做原理。

Optimizeit Profiler版本4.11支持Application，Applet，Servlet和Romote Application四类应用，而且能够支持大多数类型的JVM，包括SUN JDK系列，IBM的JDK系列，和Jbuilder的JVM等。而且，该软件是由Java编写，所以它支持多种操做系统。Optimizeit系列还包括Thread Debugger和Code Coverage两个工具，分别用于监测运行时的线程状态和代码覆盖面。

当设置好全部的参数了，咱们就能够在OptimizeIt环境下运行被测程序，在程序运行过程当中，Optimizeit能够监视内存的使用曲线(以下图)，包括JVM申请的堆(heap)的大小，和实际使用的内存大小。另外，在运行过程当中，咱们能够随时暂停程序的运行，甚至强行调用GC，让GC进行内存回收。经过内存使用曲线，咱们能够总体了解程序使用内存的状况。这种监测对于长期运行的应用程序很是有必要，也很容易发现内存泄露。

在运行过程当中，咱们还能够从不一样视角观查内存的使用状况，Optimizeit提供了四种方式：

• 堆视角。 这是一个全面的视角，咱们能够了解堆中的全部的对象信息(数量和种类)，并进行统计、排序，过滤。了解相关对象的变化状况。
• 方法视角。经过方法视角，咱们能够得知每一种类的对象，都分配在哪些方法中，以及它们的数量。
• 对象视角。给定一个对象，经过对象视角，咱们能够显示它的全部出引用和入引用对象，咱们能够了解这个对象的全部引用关系。
• 引用图。 给定一个根，经过引用图，咱们能够显示从该顶点出发的全部出引用。

在运行过程当中，咱们能够随时观察内存的使用状况，经过这种方式，咱们能够很快找到那些长期不被释放，而且再也不使用的对象。咱们经过检查这些对象的生存周期，确认其是否为内存泄露。在实践当中，寻找内存泄露是一件很是麻烦的事情，它须要程序员对整个程序的代码比较清楚，而且须要丰富的调试经验，可是这个过程对于不少关键的Java程序都是十分重要的。

综上所述，Java也存在内存泄露问题，其缘由主要是一些对象虽然再也不被使用，但它们仍然被引用。为了解决这些问题，咱们能够经过软件工具来检查内存泄露，检查的主要原理就是暴露出全部堆中的对象，让程序员寻找那些无用但仍被引用的对象。