Java 内存泄漏总结

尽管java虚拟机和垃圾回收机制治理着大部分的内存事务，但是在java软件中还是可能存在内存泄漏的情况。的确，在大型工程中，内存泄漏是一个普遍问题。避免内存泄漏的第一步，就是要了解他们发生的原因。

垃圾回收（GC）的角色　
　　虽然垃圾回收关心着大部分的问题，包括内存治理，使得程序员的任务显得更加轻松，但是程序员还是可能犯些错误导致内存泄漏问题。GC(垃圾回收)通过递归对所有从“根”对象(堆栈中的对象，静态数据成员，JNI句柄等等)继续下来的引用进行工作，然后标记所有可以访问的活动着的对象。而这些对象变成了程序唯一能够操纵的对象，其他的对象都被释放了。因为GC使得程序不能够访问那些被释放的对象，所以这样做是安全的。
　　内存治理可以说是自动的，但是这并没有让程序员脱离内存治理问题。比方说，对于内存的分配（还有释放）总是存在一定的开销，尽管这些开销对程序员来说是隐含的。一个程序假如创建了很多对象，那么它就要比完成相同任务而创建了较少对象的程序执行的速度慢（假如其他的条件都相同）。
　　文章更多想说的，导致内存泄漏主要的原因是，先前申请了内存空间而忘记了释放。假如程序中存在对无用对象的引用，那么这些对象就会驻留内存，消耗内存，因为无法让垃圾回收器验证这些对象是否不再需要。正如我们前面看到的，假如存在对象的引用，这个对象就被定义为“活动的”，同时不会被释放。要确定对象所占内存将被回收，程序员就要务必确认该对象不再会被使用。典型的做法就是把对象数据成员设为null或者从集合中移除该对象。注重，当局部变量不需要时，不需明显的设为null，因为一个方法执行完毕时，这些引用会自动被清理。
　　从更高一个层次看，这就是所有存在内存管的语言对内存泄漏所考虑的事情，剩余的对象引用将不再会被使用。
　　典型的泄漏
　　既然我们知道了在java中确实会存在内存泄漏，那么就让我们看一些典型的泄漏，并找出他们发生的原因。

　　全局集合
　　在大型应用程序中存在各种各样的全局数据仓库是很普遍的，比如一个JNDI-tree或者一个session table。在这些情况下，注重力就被放在了治理数据仓库的大小上。当然是有一些适当的机制可以将仓库中的无用数据移除。
　　可以有很多不同的解决形式，其中最常用的是一种周期运行的清除作业。这个作业会验证仓库中的数据然后清除一切不需要的数据。
　　另一个办法是计算引用的数量。集合负责跟踪集合中每个元素的引用者数量。这要求引用者通知集合什么时候已经对元素处理完毕。当引用者的数目为零时，就可以移除集合中的相关元素。
　　
　　高速缓存
　　高速缓存是一种用来快速查找已经执行过的操作结果的数据结构。因此，假如一个操作执行很慢的话，你可以先把普通输入的数据放入高速缓存，然后过些时间再调用高速缓存中的数据。
　　高速缓存多少还有一点动态实现的意思，当数据操作完毕，又被送入高速缓存。一个典型的算法如下所示：
　　１． 检查结果是否在高速缓存中，存在则返回结果；
　　２． 假如结果不在，那么计算结果；
　　３． 将结果放入高速缓存，以备将来的操作调用。
　　这个算法的问题（或者说潜在的内存泄漏）在最后一步。假如操作是分别多次输入，那么存入高速缓存的内容将会非常大。很明显这个方法不可取。　
　　为了避免这种潜在的致命错误设计，程序就必须确定高速缓存在他所使用的内存中有一个上界。因此，更好的算法是：　
　　１． 检查结果是否在高速缓存中，存在则返回结果；
　　２． 假如结果不在，那么计算结果；
　　３． 假如高速缓存所占空间过大，移除缓存中旧的结果；
　　４． 将结果放入高速缓存，以备将来的操作调用。
　　通过不断的从缓存中移除旧的结果，我们可以假设，将来，最新输入的数据可能被重用的几率要远远大于旧的结果。这通常是一个不错的设想。
　　这个新的算法会确保高速缓存的容量在预先确定的范围内。精确的范围是很难计算的，因为缓存中的对象存在引用时将继续有效。正确的划分高速缓存的大小是一个复杂的任务，你必须权衡可使用内存大小和数据快速存取之间的矛盾。
　　另一个解决这个问题的途径是使用java.lang.ref.SoftReference类来将对象放入高速缓存。这个方法可以保证当虚拟机用完内存或者需要更多堆的时候，可以释放这些对象的引用。

　　类装载器
　　Java类装载器创建就存在很多导致内存泄漏的漏洞。由于类装载器的复杂结构，使得很难得到内存泄漏的透视图。这些困难不仅仅是由于类装载器只与“普通的”对象引用有关，同时也和对象内部的引用有关，比如数据变量，方法和各种类。这意味着只要存在对数据变量，方法，各种类和对象的类装载器，那么类装载器将驻留在JVM中。既然类装载器可以同很多的类关联，同时也可以和静态数据变量关联，那么相当多的内存就可能发生泄漏。

JVM堆内存分为2块：Permanent Space 和 Heap Space。

• Permanent 即 持久代（Permanent Generation），主要存放的是Java类定义信息，与垃圾收集器要收集的Java对象关系不大。
• Heap = { Old + NEW = {Eden, from, to} }，Old 即 年老代（Old Generation），New 即 年轻代（Young Generation）。年老代和年轻代的划分对垃圾收集影响比较大。

年轻代

所有新生成的对象首先都是放在年轻代。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。年轻代一般分3个区，1个Eden区，2个Survivor区（from 和 to）。

大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当一个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当另一个Survivor区也满了的时候，从前一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将可能被复制到年老代。

2个Survivor区是对称的，没有先后关系，所以同一个Survivor区中可能同时存在从Eden区复制过来对象，和从另一个Survivor区复制过来的对象；而复制到年老区的只有从另一个Survivor区过来的对象。而且，因为需要交换的原因，Survivor区至少有一个是空的。特殊的情况下，根据程序需要，Survivor区是可以配置为多个的（多于2个），这样可以增加对象在年轻代中的存在时间，减少被放到年老代的可能。

针对年轻代的垃圾回收即 Young GC。

年老代

在年轻代中经历了N次（可配置）垃圾回收后仍然存活的对象，就会被复制到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

针对年老代的垃圾回收即 Full GC。

持久代

用于存放静态类型数据，如 Java Class, Method 等。持久代对垃圾回收没有显著影响。但是有些应用可能动态生成或调用一些Class，例如 Hibernate CGLib 等，在这种时候往往需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中动态增加的类型。

所以，当一组对象生成时，内存申请过程如下：

1. JVM会试图为相关Java对象在年轻代的Eden区中初始化一块内存区域。
2. 当Eden区空间足够时，内存申请结束。否则执行下一步。
3. JVM试图释放在Eden区中所有不活跃的对象（Young GC）。释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，JVM则试图将部分Eden区中活跃对象放入Survivor区。
4. Survivor区被用来作为Eden区及年老代的中间交换区域。当年老代空间足够时，Survivor区中存活了一定次数的对象会被移到年老代。
5. 当年老代空间不够时，JVM会在年老代进行完全的垃圾回收（Full GC）。
6. Full GC后，若Survivor区及年老代仍然无法存放从Eden区复制过来的对象，则会导致JVM无法在Eden区为新生成的对象申请内存，即出现“Out of Memory”。

OOM（“Out of Memory”）异常一般主要有如下2种原因：

1. 年老代溢出，表现为：java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace

这是最常见的情况，产生的原因可能是：设置的内存参数Xmx过小或程序的内存泄露及使用不当问题。

例如循环上万次的字符串处理、创建上千万个对象、在一段代码内申请上百M甚至上G的内存。还有的时候虽然不会报内存溢出，却会使系统不间断的垃圾回收，也无法处理其它请求。这种情况下除了检查程序、打印堆内存等方法排查，还可以借助一些内存分析工具，比如MAT就很不错。

2. 持久代溢出，表现为：java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace

通常由于持久代设置过小，动态加载了大量Java类而导致溢出，解决办法唯有将参数 -XX:MaxPermSize 调大（一般256m能满足绝大多数应用程序需求）。将部分Java类放到容器共享区（例如Tomcat share lib）去加载的办法也是一个思路，但前提是容器里部署了多个应用，且这些应用有大量的共享类库。