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Java 分析并解決內(nèi)存泄漏的實(shí)例

 更新時間:2020年08月28日 08:44:14   作者:technology  
這篇文章主要介紹了Java 分析并解決內(nèi)存泄漏的實(shí)例,幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)Java,感興趣的朋友可以了解下

這幾天,一直在為Java的“內(nèi)存泄露”問題糾結(jié)。Java應(yīng)用程序占用的內(nèi)存在不斷的、有規(guī)律的上漲,最終超過了監(jiān)控閾值。福爾摩 斯不得不出手了!

分析內(nèi)存泄露的一般步驟

如果發(fā)現(xiàn)Java應(yīng)用程序占用的內(nèi)存出現(xiàn)了泄露的跡象,那么我們一般采用下面的步驟分析:

  1. 把Java應(yīng)用程序使用的heap dump下來
  2. 使用Java heap分析工具,找出內(nèi)存占用超出預(yù)期(一般是因?yàn)閿?shù)量太多)的嫌疑對象
  3. 必要時,需要分析嫌疑對象和其他對象的引用關(guān)系。
  4. 查看程序的源代碼,找出嫌疑對象數(shù)量過多的原因。

dump heap

如果Java應(yīng)用程序出現(xiàn)了內(nèi)存泄露,千萬別著急著把應(yīng)用殺掉,而是要保存現(xiàn)場。如果是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,可以把流量切到其他服務(wù)器。保存現(xiàn)場的目的就是為了把 運(yùn)行中JVM的heap dump下來。

JDK自帶的jmap工具,可以做這件事情。它的執(zhí)行方法是:

jmap -dump:format=b,file=heap.bin <pid> 

format=b的含義是,dump出來的文件時二進(jìn)制格式。
file-heap.bin的含義是,dump出來的文件名是heap.bin。
<pid>就是JVM的進(jìn)程號。
(在linux下)先執(zhí)行ps aux | grep java,找到JVM的pid;然后再執(zhí)行jmap -dump:format=b,file=heap.bin <pid>,得到heap dump文件。

analyze heap

將二進(jìn)制的heap dump文件解析成human-readable的信息,自然是需要專業(yè)工具的幫助,這里推薦Memory Analyzer 。

Memory Analyzer,簡稱MAT,是Eclipse基金會的開源項(xiàng)目,由SAP和IBM捐助。巨頭公司出品的軟件還是很中用的,MAT可以分析包含數(shù)億級對 象的heap、快速計算每個對象占用的內(nèi)存大小、對象之間的引用關(guān)系、自動檢測內(nèi)存泄露的嫌疑對象,功能強(qiáng)大,而且界面友好易用。

MAT的界面基于Eclipse開發(fā),以兩種形式發(fā)布:Eclipse插件和Eclipe RCP。MAT的分析結(jié)果以圖片和報表的形式提供,一目了然。總之個人還是非常喜歡這個工具的。下面先貼兩張官方的screenshots:

言歸正傳,我用MAT打開了heap.bin,很容易看出,char[]的數(shù)量出其意料的多,占用90%以上的內(nèi)存 。一般來說,char[]在JVM確實(shí)會占用很多內(nèi)存,數(shù)量也非常多,因?yàn)镾tring對象以char[]作為內(nèi)部存儲。但是這次的char[]太貪婪 了,仔細(xì)一觀察,發(fā)現(xiàn)有數(shù)萬計的char[],每個都占用數(shù)百K的內(nèi)存 。這個現(xiàn)象說明,Java程序保存了數(shù)以萬計的大String對象 。結(jié)合程序的邏輯,這個是不應(yīng)該的,肯定在某個地方出了問題。

順藤摸瓜

在可疑的char[]中,任意挑了一個,使用Path To GC Root功能,找到該char[]的引用路徑,發(fā)現(xiàn)String對象是被一個HashMap中引用的 。這個也是意料中的事情,Java的內(nèi)存泄露多半是因?yàn)閷ο蟊贿z留在全局的HashMap中得不到釋放。不過,該HashMap被用作一個緩存,設(shè)置了緩 存條目的閾值,導(dǎo)達(dá)到閾值后會自動淘汰。從這個邏輯分析,應(yīng)該不會出現(xiàn)內(nèi)存泄露的。雖然緩存中的String對象已經(jīng)達(dá)到數(shù)萬計,但仍然沒有達(dá)到預(yù)先設(shè)置 的閾值(閾值設(shè)置地比較大,因?yàn)楫?dāng)時預(yù)估String對象都比較小)。

但是,另一個問題引起了我的注意:為什么緩存的String對象如此巨大?內(nèi)部char[]的長度達(dá)數(shù)百K。雖然緩存中的 String對象數(shù)量還沒有達(dá)到閾值,但是String對象大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的預(yù)期,最終導(dǎo)致內(nèi)存被大量消耗,形成內(nèi)存泄露的跡象(準(zhǔn)確說應(yīng)該是內(nèi)存消 耗過多) 。

就這個問題進(jìn)一步順藤摸瓜,看看String大對象是如何被放到HashMap中的。通過查看程序的源代碼,我發(fā)現(xiàn),確實(shí)有String大對象,不 過并沒有把String大對象放到HashMap中,而是把String大對象進(jìn)行split(調(diào)用String.split方法),然后將split出 來的String小對象放到HashMap中 了。

這就奇怪了,放到HashMap中明明是split之后的String小對象,怎么會占用那么大空間呢?難道是String類的split方法有問題?

查看代碼

帶著上述疑問,我查閱了Sun JDK6中String類的代碼,主要是是split方法的實(shí)現(xiàn):

public  
String[] split(String regex, int limit) { 
  return Pattern.compile(regex).split(this, limit); 
} 

可以看出,Stirng.split方法調(diào)用了Pattern.split方法。繼續(xù)看Pattern.split方法的代碼:

public  
String[] split(CharSequence input, int limit) { 
    int index = 0; 
    boolean matchLimited = limit > 0; 
    ArrayList<String> matchList = new  
ArrayList<String>(); 
    Matcher m = matcher(input); 
    // Add segments before each match found 
    while(m.find()) { 
      if (!matchLimited || matchList.size() < limit - 1) { 
        String match = input.subSequence(index,  
m.start()).toString(); 
        matchList.add(match); 
        index = m.end(); 
      } else if (matchList.size() == limit - 1) { // last one 
        String match = input.subSequence(index, 
                          
input.length()).toString(); 
        matchList.add(match); 
        index = m.end(); 
      } 
    } 
    // If no match was found, return this 
    if (index == 0) 
      return new String[] {input.toString()}; 
    // Add remaining segment 
    if (!matchLimited || matchList.size() < limit) 
      matchList.add(input.subSequence(index,  
input.length()).toString()); 
    // Construct result 
    int resultSize = matchList.size(); 
    if (limit == 0) 
      while (resultSize > 0 &&  
matchList.get(resultSize-1).equals("")) 
        resultSize--; 
    String[] result = new String[resultSize]; 
    return matchList.subList(0, resultSize).toArray(result); 
  } 
  注意看第9行:Stirng match = input.subSequence(intdex, m.start()).toString();

這里的match就是split出來的String小對象,它其實(shí)是String大對象subSequence的結(jié)果。繼續(xù)看 String.subSequence的代碼:

public  
CharSequence subSequence(int beginIndex, int endIndex) { 
    return this.substring(beginIndex, endIndex); 
} 
  String.subSequence有調(diào)用了String.subString,繼續(xù)看:
public String  
substring(int beginIndex, int endIndex) { 
  if (beginIndex < 0) { 
    throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex); 
  } 
  if (endIndex > count) { 
    throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex); 
  } 
  if (beginIndex > endIndex) { 
    throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex - beginIndex); 
  } 
  return ((beginIndex == 0) && (endIndex == count)) ? this : 
    new String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, value); 
  } 

看第11、12行,我們終于看出眉目,如果subString的內(nèi)容就是完整的原字符串,那么返回原String對象;否則,就會創(chuàng)建一個新的 String對象,但是這個String對象貌似使用了原String對象的char[]。我們通過String的構(gòu)造函數(shù)確認(rèn)這一點(diǎn):

// Package  
private constructor which shares value array for speed. 
  String(int offset, int count, char value[]) { 
  this.value = value; 
  this.offset = offset; 
  this.count = count; 
  } 

為了避免內(nèi)存拷貝、加快速度,Sun JDK直接復(fù)用了原String對象的char[],偏移量和長度來標(biāo)識不同的字符串內(nèi)容。也就是說,subString出的來String小對象 仍然會指向原String大對象的char[],split也是同樣的情況 。這就解釋了,為什么HashMap中String對象的char[]都那么大。

原因解釋

其實(shí)上一節(jié)已經(jīng)分析出了原因,這一節(jié)再整理一下:

程序從每個請求中得到一個String大對象,該對象內(nèi)部char[]的長度達(dá)數(shù)百K。
程序?qū)tring大對象做split,將split得到的String小對象放到HashMap中,用作緩存。
Sun JDK6對String.split方法做了優(yōu)化,split出來的Stirng對象直接使用原String對象的char[]
HashMap中的每個String對象其實(shí)都指向了一個巨大的char[]
HashMap的上限是萬級的,因此被緩存的Sting對象的總大小=萬*百K=G級。
G級的內(nèi)存被緩存占用了,大量的內(nèi)存被浪費(fèi),造成內(nèi)存泄露的跡象。

解決方案

原因找到了,解決方案也就有了。split是要用的,但是我們不要把split出來的String對象直接放到HashMap中,而是調(diào)用一下 String的拷貝構(gòu)造函數(shù)String(String original),這個構(gòu)造函數(shù)是安全的,具體可以看代碼:

  /** 
   * Initializes a newly created {@code String} object so that it 
represents 
   * the same sequence of characters as the argument; in other words, 
the 
   * newly created string is a copy of the argument string. Unless an 
   * explicit copy of {@code original} is needed, use of this 
constructor is 
   * unnecessary since Strings are immutable. 
   * 
   * @param original 
   *     A {@code String} 
   */ 
  public String(String original) { 
  int size = original.count; 
  char[] originalValue = original.value; 
  char[] v; 
  if (originalValue.length > size) { 
    // The array representing the String is bigger than the new 
    // String itself. Perhaps this constructor is being called 
    // in order to trim the baggage, so make a copy of the array. 
      int off = original.offset; 
      v = Arrays.copyOfRange(originalValue, off, off+size); 
  } else { 
    // The array representing the String is the same 
    // size as the String, so no point in making a copy. 
    v = originalValue; 
  } 
  this.offset = 0; 
  this.count = size; 
  this.value = v; 
  } 

只是,new String(string)的代碼很怪異,囧?;蛟S,subString和split應(yīng)該提供一個選項(xiàng),讓程序員控制是否復(fù)用String對象的 char[]。

是否Bug

雖然,subString和split的實(shí)現(xiàn)造成了現(xiàn)在的問題,但是這能否算String類的bug呢?個人覺得不好說。因?yàn)檫@樣的優(yōu)化是比較合理 的,subString和spit的結(jié)果肯定是原字符串的連續(xù)子序列。只能說,String不僅僅是一個核心類,它對于JVM來說是與原始類型同等重要的 類型。

JDK實(shí)現(xiàn)對String做各種可能的優(yōu)化都是可以理解的。但是優(yōu)化帶來了憂患,我們程序員足夠了解他們,才能用好他們。

一些補(bǔ)充

有個地方我沒有說清楚。

我的程序是一個Web程序,每次接受請求,就會創(chuàng)建一個大的String對象,然后對該String對象進(jìn)行split,最后split之后的String對象放到全局緩存中。如果接收了5W個請求,那么就會有5W個大String對象。這5W個大String對象都被存儲在全局緩存中,因此會造成內(nèi)存泄漏。我原以為緩存的是5W個小String,結(jié)果都是大String。

有同學(xué)后續(xù)建議用"java.io.StreamTokenizer"來解決本文的問題。確實(shí)是終極解決方案,比我上面提到的“new String()”,要好很多很多。

以上就是Java 分析并解決內(nèi)存泄漏的實(shí)例的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java 內(nèi)存泄漏的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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