如何在您的Java应用中查找并修复内存泄漏

【51CTO.com快译】您是否碰到过某个Java应用程序起初运行良好，经过一段时间后却缓慢下来了?或者它在处理少量文件时性能不错，文件量一旦增加就性能下降的情况呢?如出现这样的情况，很可能您遇到了内存泄漏的问题。

在应对内存泄漏时，如果有人问我：“你是否知道此事的前因后果和应对方法?”那么，我就会做出如下回答：

一、目标受众

尽管在一般情况下，本文中所介绍的方法是独立于IDE和操作系统的，但是我在此所用到的截图和说明仍然来自于Fedora Linux和带插件开发的Eclipse。

二、内存泄漏的症状

起初运行速度快，但随着时间的推移速度就慢下来了。比如说：

• 能够正常处理少量数据集，但应对大量数据集时出现严重的性能问题。
• 在您的JVM中，旧版本(Old-Generation)内存的使用率持续增加。
• 在您的JVM中，出现内存耗尽的跳转错误。
• 无故自我崩溃。

三、常见的内存泄漏

Java中的内存泄漏通常发生在您忘记关闭某个资源，或是某个对象的引用没能释放的时候。例如：

• 文件/文本缓冲区没被关闭。(请参见：https://git.eclipse.org/r/#/c/31313/中的案例)
• 在equals()和hashcode()不被使用时，各种哈希映射的引用仍然保持激活的状态，例如：

import java.util.Map; 
public class MemLeak { 
public final String key; 
public MemLeak(String key) { 
    this.key = key; 
} 
public static void main(String args[]) { 
    try { 
      Map map = System.getProperties(); 
      for(;;) { 
         map.put(new MemLeak("key"), "value"); 
      } 
    } catch(Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
} 

• 其他各种细节(请参见：https://www.toptal.com/java/hunting-memory-leaks-in-java#memleak)
• 那些引用了各种外部类的内部类所导致的泄漏。(可以将它们变成静态来避免，请参见：https://blogs.oracle.com/olaf/entry/memory_leaks_made_easy)。

四、如何一次性修复它们?

这里提供两种方法。第一种是尝试“快速修复”。如果此法失败，那么您就必须往下尝试一条漫长的解决之路了。

1. 快速修复：使用Eclipse内存泄漏的警告(去捕捉一些泄漏)。
2. 手动禁用和启用您代码的各个部分，并使用VisualVM(Jconsole或Thermostat)之类的工具观察JVM的内存使用情况。

1. 快速修复：Eclipse内存泄漏的警告/错误。

为了遵从JDK 1.5+的代码规范，Eclipse会向您“抛出”一些明显泄漏用例的警告和错误。更精确地说，任何使用了closable(如1.5后出现的outputStream)的对象，如果它的引用是被销毁而不是封闭的话，就会抛出一个警告。然而在Eclipse的各个项目中，其检漏功能并非总是被启用的。因此，为了事先打开它们，您可以到项目的设置里，按照下图所示进行开启：

此处Eclipse罗列出了各种内存泄漏：

然而，就算使用了Eclipse的此项功能，系统仍无法探测到所有的文件关闭与泄漏。尤其是在使用旧式(1.5之前)代码时，您很可能会因为它们在使用过程中仅仅只是“关闭”(closable)了，而遇到泄漏问题了。也有时候，文件在深度嵌套中被打开/关闭，也会导致Eclipse无法检测到。因此如果您碰到这种情况，就可能需要去尝试第2种方法了。

2. 手动禁用和启用您代码的各个部分，并使用VisualVM之类的工具观察JVM的内存使用情况。

如果您步入了这一步，那就不得不卷起袖子，做一些体力劳动了。您需要通读您的所有代码，以试图找出发生泄漏的地方。作为帮助，我建议您使用VisualVM之类的工具(当然，Thermostat和MAT也是可行的)。

a. 配置的VisualVM

(1) 下载该工具。

(2) 打开终端，到达目录.../visualvm_xyz/bin下，运行shell脚本'./visualvm' (或在Windows上运行visualvm.exe)。

(3) 您会看到弹出的主窗口。如果展开“本地”并双击您正在运行的应用(如下图，我的应用是一个子Eclipse)，您就可以看到它的各种属性。

(4) 在Fedora上用VisualVM进行故障诊断：对我来说，最初我无法连接到自己的JVM，也不能够使堆转储(heap-dumps)和分析(profiling)运行起来。于是我探索出了如下步骤：

• 确保用自己的登录用户身份运行它，而不是使用sudo。
• 对系统进行全面更新(sudo yum update)。
• 考虑重新启动是否有所帮助。
• 尝试在关闭所有正在运行的Java应用程序之后，再启动VisualVM。

(5) 添加一些插件。在使用VisualVM之前，我事先添加了一些插件。请点击进入工具->插件->“可用插件”。请选择如下的插件(如果您喜欢，则可以随意浏览并添加更多的插件)：

• 内存池
• 可视的GC
• 终止应用程序

b. 用VisualVM分析运行的代码

(1) 现在运行您的Java应用程序。

(2) 将VisualVM连接到您的应用程序。

(3) 执行那些容易导致性能变缓的操作。

(4) 检查“监控”和“内存池”选项卡。如果您看到在“监视器”选项卡中内存显示增加的话，那就按下“执行GC”(垃圾收集)，并监视内存的使用情况是否有所减少。

(5) 如果并不减少的话，那么就切换到“内存池”选项卡，并检查“Old Gen”(最开始的对象会停留在“Eden”中，然后通过Survivor空间进行过渡，比较旧的对象会被移到“Old Gen”池中。如果出现泄漏，则会出现在Old-Gen池里。)。

(6) 现在返回去，并注释掉程序代码的大部分，从而定位到应用程序开始变慢的位置。

(7) 重复上述过程，直到应用程序完全不再有泄漏的发生。

(8) 然后，经过反复迭代来重新启用代码的各个部分，并检查VisualVM的内存使用情况。一旦您的应用程序再次开始泄漏，则马上进入导致内存泄漏的该函数方法，从而进一步缩小代码的考察范围。

(9) 最终，您将能够把问题缩小到具体某一个类，甚至某一个单一的方法上。请仔细验证所有文件的缓冲区是否已被关闭，而HashMap是否被正确的使用了。

五、标准化您的代码

有时候会很难确定您那“金光闪闪”的新代码是否真的会比旧代码更好。面对这种情况下，您需要去标准化应用程序的性能。您可以将下面的这段代码插入到任何您认为适当的位置，以获取有关运行时间和垃圾收集次数的相关信息：

long start = System.currentTimeMillis(); 
.. 
 //your code 
.. 
long end = System.currentTimeMillis(); 
System.out.println("Run time: " + Long.toString(end - start)); 
System.out.println(printGCStats()); 
public static String printGCStats() { 
 long totalGarbageCollections = 0; 
 long garbageCollectionTime = 0; 
 for (GarbageCollectorMXBean gc : ManagementFactory.getGarbageCollectorMXBeans()) { 
 long count = gc.getCollectionCount(); 
 if (count >= 0) { 
 totalGarbageCollections += count; 
 } 
 long time = gc.getCollectionTime(); 
 if (time >= 0) { 
 garbageCollectionTime += time; 
 } 
 } 
 return "Garbage Collections: " + totalGarbageCollections + "n" + 
 "Garbage Collection Time (ms): " + garbageCollectionTime; 
} 

特别提醒一下：如果您是在主Eclipse中进行测试的话，我建议去测试一个“干净”的子Eclipse;或者是在您的Eclipse的一些“干净”实例中进行。因为这样的话，其他各种插件是不会对标准的耗时产生影响的。

六、附加说明：堆转储

我个人使用的并不多，但有些人比较热衷于“堆转储”。您可以在任何时候采取堆转储，然后查看有多少类的实例被打开，以及它们使用了多大的空间。您可以通过双击它们来查看具体的内容。如果您想获悉自己的应用程序产生了多少个对象的话，这种方法会非常有用。

七、我的应用并没有泄漏，可为何还是很慢?

当然也存在着一种可能性：就算您的代码中并没有任何的泄漏，它仍然运行缓慢。如果出现这种情况的话，您就必须进行代码分析了。不过，代码分析已经超出了本文所涉及的范围。这里推荐一个很好的YouTube视频，它讲解了如何去使用免费和付费的分析器来对Eclipse进行分析，请参见：https://www.youtube.com/watch?v=YCC-CpTE2LU。

八、还能看哪些?

至此您可以潜下心来，花上一到两天的时间去修复您的内存泄漏问题了。在此过程中，如果您仍碰到麻烦的话，请参考如下的链接：

• 捕捉内存泄漏：https://www.toptal.com/java/hunting-memory-leaks-in-java
• 内部类的内存泄漏问题：https://blogs.oracle.com/olaf/entry/memory_leaks_made_easy
• 浏览Oracle的JVM GC指南：www.oracle.com/technetwork/java/javase/gc-tuning-6-140523.html

原标题：How to Find and Fix Memory Leaks in Your Java Application，作者: Leo Ufimtsev

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