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雖然用 Java? 語言編寫的程序在理論上是不會出現(xiàn)“內(nèi)存泄漏”的，但是有時對象在不再作為程序的邏輯狀態(tài)的一部分之后仍然不被垃圾收集。本月，負責保障應(yīng)用程序健康的工程師 Brian Goetz 探討了無意識的對象保留的常見原因，并展示了如何用弱引用堵住泄漏。
要讓垃圾收集（GC）回收程序不再使用的對象，對象的邏輯 生命周期（應(yīng)用程序使用它的時間）和對該對象擁有的引用的實際 生命周期必須是相同的。在大多數(shù)時候，好的軟件工程技術(shù)保證這是自動實現(xiàn)的，不用我們對對象生命周期問題花費過多心思。但是偶爾我們會創(chuàng)建一個引用，它在內(nèi)存中包含對象的時間比我們預(yù)期的要長得多，這種情況稱為無意識的對象保留（unintentional object retention）。
全局 Map 造成的內(nèi)存泄漏
無意識對象保留最常見的原因是使用 Map 將元數(shù)據(jù)與臨時對象（transient
object）相關(guān)聯(lián)。假定一個對象具有中等生命周期，比分配它的那個方法調(diào)用的生命周期長，但是比應(yīng)用程序的生命周期短，如客戶機的套接字連接。需要將
一些元數(shù)據(jù)與這個套接字關(guān)聯(lián)，如生成連接的用戶的標識。在創(chuàng)建 Socket 時是不知道這些信息的，并且不能將數(shù)據(jù)添加到 Socket
對象上，因為不能控制 Socket 類或者它的子類。這時，典型的方法就是在一個全局 Map 中存儲這些信息，如清單 1 中的
SocketManager 類所示：
清單 1. 使用一個全局 Map 將元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到一個對象
public class SocketManager {
private Map<Socket,User> m = new HashMap<Socket,User>();
public void setUser(Socket s, User u) {
m.put(s, u);
}
public User getUser(Socket s) {
return m.get(s);
}
public void removeUser(Socket s) {
m.remove(s);
}
}
SocketManager socketManager;
...
socketManager.setUser(socket, user);
這種方法的問題是元數(shù)據(jù)的生命周期需要與套接字的生命周期掛鉤，但是除非準確地知道什么時候程序不再需要這個套接字，并記住從 Map
中刪除相應(yīng)的映射，否則，Socket 和 User 對象將會永遠留在 Map 中，遠遠超過響應(yīng)了請求和關(guān)閉套接字的時間。這會阻止 Socket
和 User
對象被垃圾收集，即使應(yīng)用程序不會再使用它們。這些對象留下來不受控制，很容易造成程序在長時間運行后內(nèi)存爆滿。除了最簡單的情況，在幾乎所有情況下找出
什么時候 Socket 不再被程序使用是一件很煩人和容易出錯的任務(wù)，需要人工對內(nèi)存進行管理。
找出內(nèi)存泄漏
程序有內(nèi)存泄漏的第一個跡象通常是它拋出一個
OutOfMemoryError，或者因為頻繁的垃圾收集而表現(xiàn)出糟糕的性能。幸運的是，垃圾收集可以提供能夠用來診斷內(nèi)存泄漏的大量信息。如果以
-verbose:gc 或者 -Xloggc 選項調(diào)用 JVM，那么每次 GC
運行時在控制臺上或者日志文件中會打印出一個診斷信息，包括它所花費的時間、當前堆使用情況以及恢復(fù)了多少內(nèi)存。記錄 GC
使用情況并不具有干擾性，因此如果需要分析內(nèi)存問題或者調(diào)優(yōu)垃圾收集器，在生產(chǎn)環(huán)境中默認啟用 GC 日志是值得的。
有工具可以利用 GC 日志輸出并以圖形方式將它顯示出來，JTune 就是這樣的一種工具（請參閱 參考資料）。觀察 GC
之后堆大小的圖，可以看到程序內(nèi)存使用的趨勢。對于大多數(shù)程序來說，可以將內(nèi)存使用分為兩部分：baseline 使用和 current load
使用。對于服務(wù)器應(yīng)用程序，baseline 使用就是應(yīng)用程序在沒有任何負荷、但是已經(jīng)準備好接受請求時的內(nèi)存使用，current load
使用是在處理請求過程中使用的、但是在請求處理完成后會釋放的內(nèi)存。只要負荷大體上是恒定的，應(yīng)用程序通常會很快達到一個穩(wěn)定的內(nèi)存使用水平。如果在應(yīng)用
程序已經(jīng)完成了其初始化并且負荷沒有增加的情況下，內(nèi)存使用持續(xù)增加，那么程序就可能在處理前面的請求時保留了生成的對象。
清單 2 展示了一個有內(nèi)存泄漏的程序。MapLeaker 在線程池中處理任務(wù)，并在一個 Map 中記錄每一項任務(wù)的狀態(tài)。不幸的是，在任務(wù)完成后它不會刪除那一項，因此狀態(tài)項和任務(wù)對象（以及它們的內(nèi)部狀態(tài)）會不斷地積累。
清單 2. 具有基于 Map 的內(nèi)存泄漏的程序
public class MapLeaker {
public ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
public Map<Task, TaskStatus> taskStatus
= Collections.synchronizedMap(new HashMap<Task, TaskStatus>());
private Random random = new Random();
private enum TaskStatus { NOT_STARTED, STARTED, FINISHED };
private class Task implements Runnable {
private int[] numbers = new int[random.nextInt(200)];
public void run() {
int[] temp = new int[random.nextInt(10000)];
taskStatus.put(this, TaskStatus.STARTED);
doSomeWork();
taskStatus.put(this, TaskStatus.FINISHED);
}
}
public Task newTask() {
Task t = new Task();
taskStatus.put(t, TaskStatus.NOT_STARTED);
exec.execute(t);
return t;
}
}
圖 1 顯示 MapLeaker GC 之后應(yīng)用程序堆大小隨著時間的變化圖。上升趨勢是存在內(nèi)存泄漏的警示信號。（在真實的應(yīng)用程序中，坡度不會這么大，但是在收集了足夠長時間的 GC 數(shù)據(jù)后，上升趨勢通常會表現(xiàn)得很明顯。）
圖 1. 持續(xù)上升的內(nèi)存使用趨勢
確信有了內(nèi)存泄漏后，下一步就是找出哪種對象造成了這個問題。所有內(nèi)存分析器都可以生成按照對象類進行分解的堆快照。有一些很好的商業(yè)堆分析工
具，但是找出內(nèi)存泄漏不一定要花錢買這些工具 —— 內(nèi)置的 hprof 工具也可完成這項工作。要使用 hprof 并讓它跟蹤內(nèi)存使用，需要以
-Xrunhprof:heap=sites 選項調(diào)用 JVM。
清單 3 顯示分解了應(yīng)用程序內(nèi)存使用的 hprof 輸出的相關(guān)部分。（hprof 工具在應(yīng)用程序退出時，或者用 kill -3 或在
Windows 中按 Ctrl+Break 時生成使用分解。）注意兩次快照相比，Map.Entry、Task 和 int[]
對象有了顯著增加。
請參閱 清單 3。
清單 4 展示了 hprof 輸出的另一部分，給出了 Map.Entry 對象的分配點的調(diào)用堆棧信息。這個輸出告訴我們哪些調(diào)用鏈生成了 Map.Entry 對象，并帶有一些程序分析，找出內(nèi)存泄漏來源一般來說是相當容易的。
清單 4. HPROF 輸出，顯示 Map.Entry 對象的分配點
TRACE 300446:
Java.util.HashMap$Entry.<init>(<Unknown Source>:Unknown line)
Java.util.HashMap.addEntry(<Unknown Source>:Unknown line)
Java.util.HashMap.put(<Unknown Source>:Unknown line)
Java.util.Collections$SynchronizedMap.put(<Unknown Source>:Unknown line)
com.quiotix.dummy.MapLeaker.newTask(MapLeaker.Java:48)
com.quiotix.dummy.MapLeaker.main(MapLeaker.Java:64)
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