快捷導(dǎo)航

詳解Java內(nèi)存泄露的示例代碼

更新時(shí)間：2017年12月08日 08:42:21 投稿：mrr

這篇文章通過(guò)一個(gè)Demo來(lái)簡(jiǎn)要介紹下ThreadLocal和ClassLoader導(dǎo)致內(nèi)存泄露最終OutOfMemory的場(chǎng)景。下面通過(guò)示例代碼給大家分享Java內(nèi)存泄露的相關(guān)知識(shí)，感興趣的朋友一起看看吧

在定位JVM性能問(wèn)題時(shí)可能會(huì)遇到內(nèi)存泄露導(dǎo)致JVM OutOfMemory的情況,在使用Tomcat容器時(shí)如果設(shè)置了reloadable=”true”這個(gè)參數(shù),在頻繁熱部署應(yīng)用時(shí)也有可能會(huì)遇到內(nèi)存溢出的情況。Tomcat的熱部署原理是檢測(cè)到WEB-INF/classes或者WEB-INF/lib目錄下的文件發(fā)生了變更后會(huì)把應(yīng)用先停止然后再啟動(dòng),由于Tomcat默認(rèn)給每個(gè)應(yīng)用分配一個(gè)WebAppClassLoader,熱替換的原理就是創(chuàng)建一個(gè)新的ClassLoader來(lái)加載類,由于JVM中一個(gè)類的唯一性由它的class文件和它的類加載器來(lái)決定,因此重新加載類可以達(dá)到熱替換的目的。當(dāng)熱部署的次數(shù)比較多會(huì)導(dǎo)致JVM加載的類比較多,如果之前的類由于某種原因(比如內(nèi)存泄露)沒(méi)有及時(shí)卸載就可能導(dǎo)致永久代或者M(jìn)etaSpace的OutOfMemory。這篇文章通過(guò)一個(gè)Demo來(lái)簡(jiǎn)要介紹下ThreadLocal和ClassLoader導(dǎo)致內(nèi)存泄露最終OutOfMemory的場(chǎng)景。

類的卸載

在類使用完之后，滿足下面的情形，會(huì)被卸載：

1.該類在堆中的所有實(shí)例都已被回收，即在堆中不存在該類的實(shí)例對(duì)象。

2.加載該類的classLoader已經(jīng)被回收。

3.該類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象沒(méi)有任何地方可以被引用，通過(guò)反射訪問(wèn)不到該Class對(duì)象。

如果類滿足卸載條件，JVM就在GC的時(shí)候，對(duì)類進(jìn)行卸載，即在方法區(qū)清除類的信息。

場(chǎng)景介紹

上一篇文章我介紹了ThreadLocal的原理,每個(gè)線程有個(gè)ThreadLocalMap，如果線程的生命周期比較長(zhǎng)可能會(huì)導(dǎo)致ThreadLocalMap里的Entry沒(méi)法被回收,那ThreadLocal的那個(gè)對(duì)象就一直被線程持有強(qiáng)引用,由于實(shí)例對(duì)象會(huì)持有Class對(duì)象的引用,Class對(duì)象又會(huì)持有加載它的ClassLoader的引用，這樣就會(huì)導(dǎo)致Class無(wú)法被卸載了,當(dāng)加載的類足夠多時(shí)就可能出現(xiàn)永久代或者M(jìn)etaSpace的內(nèi)存溢出，如果該類有大對(duì)象，比如有比較大的字節(jié)數(shù)組,會(huì)導(dǎo)致Java堆區(qū)的內(nèi)存溢出。

源碼介紹

這里定義了一個(gè)內(nèi)部類Inner,Inner類有個(gè)靜態(tài)的ThreadLocal對(duì)象,主要用于讓線程持有Inner類的強(qiáng)引用導(dǎo)致Inner類無(wú)法被回收,定義了一個(gè)自定義的類加載器去加載Inner類，如下所示:

public class MemoryLeak {
  public static void main(String[] args) {
 //由于線程一直在運(yùn)行,因此ThreadLocalMap里的Inner對(duì)象一直被Thread對(duì)象強(qiáng)引用
    new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        while (true) {
   //每次都新建一個(gè)ClassLoader實(shí)例去加載Inner類
          CustomClassLoader classLoader = new CustomClassLoader
              ("load1", MemoryLeak.class.getClassLoader(), "com.ezlippi.MemoryLeak$Inner", "com.ezlippi.MemoryLeak$Inner$1");
          try {
            Class<?> innerClass = classLoader.loadClass("com.ezlippi.MemoryLeak$Inner");
            innerClass.newInstance();
   //幫助GC進(jìn)行引用處理
            innerClass = null;
            classLoader = null;
            Thread.sleep(10);
          } catch (ClassNotFoundException | IllegalAccessException | InstantiationException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
      }
    }).start();
  }
 //為了更快達(dá)到堆區(qū)
  public static class Inner {
    private byte[] MB = new byte[1024 * 1024];
    static ThreadLocal<Inner> threadLocal = new ThreadLocal<Inner>() {
      @Override
      protected Inner initialValue() {
        return new Inner();
      }
    };
 //調(diào)用ThreadLocal.get()才會(huì)調(diào)用initialValue()初始化一個(gè)Inner對(duì)象
    static {
      threadLocal.get();
    }
    public Inner() {
    }
  }
 //源碼省略
  private static class CustomClassLoader extends ClassLoader {}

堆區(qū)內(nèi)存溢出

為了觸發(fā)堆區(qū)內(nèi)存溢出，我在Inner類里面設(shè)置了一個(gè)1MB的字節(jié)數(shù)組,同時(shí)要在靜態(tài)塊中調(diào)用threadLocal.get()，只有調(diào)用才會(huì)觸發(fā)initialValue()來(lái)初始化一個(gè)Inner對(duì)象,不然只是創(chuàng)建了一個(gè)空的ThreadLocal對(duì)象,ThreadLocalMap里并沒(méi)有數(shù)據(jù)。

JVM參數(shù)如下:

-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintHeapAtGC -XX:+PrintClassHistogram -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

最后執(zhí)行了814次后JVM堆區(qū)內(nèi)存溢出了,如下所示:

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid11824.hprof ...
Heap dump file created [100661202 bytes in 1.501 secs]
Heap
 par new generation  total 30720K, used 30389K [0x00000000f9c00000, 0x00000000fbd50000, 0x00000000fbd50000)
 eden space 27328K, 99% used [0x00000000f9c00000, 0x00000000fb6ad450, 0x00000000fb6b0000)
 from space 3392K, 90% used [0x00000000fb6b0000, 0x00000000fb9b0030, 0x00000000fba00000)
 to  space 3392K,  0% used [0x00000000fba00000, 0x00000000fba00000, 0x00000000fbd50000)
 concurrent mark-sweep generation total 68288K, used 67600K [0x00000000fbd50000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
 Metaspace    used 3770K, capacity 5134K, committed 5248K, reserved 1056768K
 class space  used 474K, capacity 578K, committed 640K, reserved 1048576K
Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at com.ezlippi.MemoryLeak$Inner.<clinit>(MemoryLeak.java:34)
 at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
 at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(Unknown Source)
 at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(Unknown Source)
 at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Unknown Source)
 at java.lang.Class.newInstance(Unknown Source)
 at com.ezlippi.MemoryLeak$1.run(MemoryLeak.java:20)
 at java.lang.Thread.run(Unknown Source)

可以看到JVM已經(jīng)沒(méi)有內(nèi)存來(lái)創(chuàng)建新的Inner對(duì)象,因?yàn)槎褏^(qū)存放了很多個(gè)1MB的字節(jié)數(shù)組,這里我把類的直方圖打印出來(lái)了(下圖是堆大小為1024M的場(chǎng)景)，省略了一些無(wú)關(guān)緊要的類，可以看出字節(jié)數(shù)組占了855M的空間,創(chuàng)建了814個(gè) com.ezlippi.MemoryLeak$CustomClassLoader 的實(shí)例,和字節(jié)數(shù)組的大小基本吻合：

 num   #instances     #bytes class name
----------------------------------------------
  1:     6203   855158648 [B
  2:     13527    1487984 [C
  3:      298     700560 [I
  4:     2247     228792 java.lang.Class
  5:     8232     197568 java.lang.String
  6:     3095     150024 [Ljava.lang.Object;
  7:     1649     134480 [Ljava.util.HashMap$Node;
 11:      813     65040 com.ezlippi.MemoryLeak$CustomClassLoader
 12:      820     53088 [Ljava.util.Hashtable$Entry;
 15:      817     39216 java.util.Hashtable
 16:      915     36600 java.lang.ref.SoftReference
 17:      543     34752 java.net.URL
 18:      697     33456 java.nio.HeapCharBuffer
 19:      817     32680 java.security.ProtectionDomain
 20:      785     31400 java.util.TreeMap$Entry
 21:      928     29696 java.util.Hashtable$Entry
 22:     1802     28832 java.util.HashSet
 23:      817     26144 java.security.CodeSource
 24:      814     26048 java.lang.ThreadLocal$ThreadLocalMap$Entry

Metaspace溢出

為了讓Metaspace溢出，那就必須把MetaSpace的空間調(diào)小一點(diǎn)，要在堆溢出之前加載足夠多的類,因此我調(diào)整了下JVM參數(shù),并且把字節(jié)數(shù)組的大小調(diào)成了1KB，如下所示:

private byte[] KB = new byte[1024];
-Xms100m -Xmx100m -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintHeapAtGC -XX:+PrintClassHistogram -XX:MetaspaceSize=2m -XX:MaxMetaspaceSize=2m

從 GC日志可以看出在Meraspace達(dá)到GC閾值(也就是MaxMetaspaceSize配置的大小時(shí))會(huì)觸發(fā)一次FullGC：

java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
 <<no stack trace available>>
{Heap before GC invocations=20 (full 20):
 par new generation  total 30720K, used 0K [0x00000000f9c00000, 0x00000000fbd50000, 0x00000000fbd50000)
 eden space 27328K,  0% used [0x00000000f9c00000, 0x00000000f9c00000, 0x00000000fb6b0000)
 from space 3392K,  0% used [0x00000000fb6b0000, 0x00000000fb6b0000, 0x00000000fba00000)
 to  space 3392K,  0% used [0x00000000fba00000, 0x00000000fba00000, 0x00000000fbd50000)
 concurrent mark-sweep generation total 68288K, used 432K [0x00000000fbd50000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
 Metaspace    used 1806K, capacity 1988K, committed 2048K, reserved 1056768K
 class space  used 202K, capacity 384K, committed 384K, reserved 1048576K
[Full GC (Metadata GC Threshold) [CMS
Process finished with exit code 1

通過(guò)上面例子可以看出如果類加載器和ThreadLocal使用的不當(dāng)確實(shí)會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露的問(wèn)題,完整的源碼在github

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