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JAVA垃圾收集算法與內(nèi)存泄露的解決方法
對(duì)于垃圾收集算法與內(nèi)存泄露的問題，下面YJBYS小編為大家整理了關(guān)于JAVA垃圾收集算法與內(nèi)存泄露解決方法，希望對(duì)你有所幫助。
1.垃圾收集算法的核心思想
Java語言建立了垃圾收集機(jī)制，用以跟蹤正在使用的對(duì)象和發(fā)現(xiàn)并回收不再使用(引用)的對(duì)象。該機(jī)制可以有效防范動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配中可能發(fā)生的兩個(gè)危險(xiǎn)：因內(nèi)存垃圾過多而引發(fā)的內(nèi)存耗盡，以及不恰當(dāng)?shù)膬?nèi)存釋放所造成的內(nèi)存非法引用。
垃圾收集算法的核心思想是：對(duì)虛擬機(jī)可用內(nèi)存空間，即堆空間中的對(duì)象進(jìn)行識(shí)別，如果對(duì)象正在被引用，那么稱其為存活對(duì)象，反之，如果對(duì)象不再被引用，則為垃圾對(duì)象，可以回收其占據(jù)的空間，用于再分配。垃圾收集算法的選擇和垃圾收集系統(tǒng)參數(shù)的合理調(diào)節(jié)直接影響著系統(tǒng)性能，因此需要開發(fā)人員做比較深入的了解。
2.觸發(fā)主GC(Garbage Collector)的條件
JVM進(jìn)行次GC的頻率很高,但因?yàn)檫@種GC占用時(shí)間極短,所以對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響不大。更值得關(guān)注的是主GC的觸發(fā)條件,因?yàn)樗鼘?duì)系統(tǒng)影響很明顯�？偟膩碚f,有兩個(gè)條件會(huì)觸發(fā)主GC:
�、佼�(dāng)應(yīng)用程序空閑時(shí),即沒有應(yīng)用線程在運(yùn)行時(shí),GC會(huì)被調(diào)用。因?yàn)镚C在優(yōu)先級(jí)最低的線程中進(jìn)行,所以當(dāng)應(yīng)用忙時(shí),GC線程就不會(huì)被調(diào)用,但以下條件除外。
②Java堆內(nèi)存不足時(shí),GC會(huì)被調(diào)用。當(dāng)應(yīng)用線程在運(yùn)行,并在運(yùn)行過程中創(chuàng)建新對(duì)象,若這時(shí)內(nèi)存空間不足,JVM就會(huì)強(qiáng)制地調(diào)用GC線程,以便回收內(nèi)存用于新的分配。若GC一次之后仍不能滿足內(nèi)存分配的要求,JVM會(huì)再進(jìn)行兩次GC作進(jìn)一步的嘗試,若仍無法滿足要求,則 JVM將報(bào)“out of memory”的錯(cuò)誤,Java應(yīng)用將停止。
由于是否進(jìn)行主GC由JVM根據(jù)系統(tǒng)環(huán)境決定,而系統(tǒng)環(huán)境在不斷的變化當(dāng)中,所以主GC的運(yùn)行具有不確定性,無法預(yù)計(jì)它何時(shí)必然出現(xiàn),但可以確定的是對(duì)一個(gè)長期運(yùn)行的應(yīng)用來說,其主GC是反復(fù)進(jìn)行的。
3.減少GC開銷的措施
根據(jù)上述GC的機(jī)制,程序的運(yùn)行會(huì)直接影響系統(tǒng)環(huán)境的變化,從而影響GC的觸發(fā)。若不針對(duì)GC的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編碼,就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存駐留等一系列負(fù)面影響。為了避免這些影響,基本的原則就是盡可能地減少垃圾和減少GC過程中的開銷。具體措施包括以下幾個(gè)方面:
(1)不要顯式調(diào)用System.gc()
此函數(shù)建議JVM進(jìn)行主GC,雖然只是建議而非一定,但很多情況下它會(huì)觸發(fā)主GC,從而增加主GC的頻率,也即增加了間歇性停頓的次數(shù)。
(2)盡量減少臨時(shí)對(duì)象的使用
臨時(shí)對(duì)象在跳出函數(shù)調(diào)用后,會(huì)成為垃圾,少用臨時(shí)變量就相當(dāng)于減少了垃圾的產(chǎn)生,從而延長了出現(xiàn)上述第二個(gè)觸發(fā)條件出現(xiàn)的時(shí)間,減少了主GC的機(jī)會(huì)。
(3)對(duì)象不用時(shí)最好顯式置為Null
一般而言,為Null的對(duì)象都會(huì)被作為垃圾處理,所以將不用的對(duì)象顯式地設(shè)為Null,有利于GC收集器判定垃圾,從而提高了GC的效率。
(4)盡量使用StringBuffer,而不用String來累加字符串(詳見blog另一篇文章JAVA中String與StringBuffer)
由于String是固定長的字符串對(duì)象,累加String對(duì)象時(shí),并非在一個(gè)String對(duì)象中擴(kuò)增,而是重新創(chuàng)建新的String對(duì)象,如Str5=Str1+Str2+Str3+Str4,這條語句執(zhí)行過程中會(huì)產(chǎn)生多個(gè)垃圾對(duì)象,因?yàn)閷?duì)次作“+”操作時(shí)都必須創(chuàng)建新的String對(duì)象,但這些過渡對(duì)象對(duì)系統(tǒng)來說是沒有實(shí)際意義的,只會(huì)增加更多的垃圾。避免這種情況可以改用StringBuffer來累加字符串,因StringBuffer是可變長的,它在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)增,不會(huì)產(chǎn)生中間對(duì)象。
(5)能用基本類型如Int,Long,就不用Integer,Long對(duì)象
基本類型變量占用的內(nèi)存資源比相應(yīng)對(duì)象占用的少得多,如果沒有必要,最好使用基本變量。
(6)盡量少用靜態(tài)對(duì)象變量
靜態(tài)變量屬于全局變量,不會(huì)被GC回收,它們會(huì)一直占用內(nèi)存。
(7)分散對(duì)象創(chuàng)建或刪除的時(shí)間
集中在短時(shí)間內(nèi)大量創(chuàng)建新對(duì)象,特別是大對(duì)象,會(huì)導(dǎo)致突然需要大量內(nèi)存,JVM在面臨這種情況時(shí),只能進(jìn)行主GC,以回收內(nèi)存或整合內(nèi)存碎片,從而增加主GC的頻率。集中刪除對(duì)象,道理也是一樣的。它使得突然出現(xiàn)了大量的垃圾對(duì)象,空閑空間必然減少,從而大大增加了下一次創(chuàng)建新對(duì)象時(shí)強(qiáng)制主GC的機(jī)會(huì)。
4.gc與finalize方法
�、舋c方法請(qǐng)求垃圾回收
使用System.gc()可以不管JVM使用的是哪一種垃圾回收的算法，都可以請(qǐng)求Java的垃圾回收。需要注意的是，調(diào)用System.gc()也僅僅是一個(gè)請(qǐng)求。JVM接受這個(gè)消息后，并不是立即做垃圾回收，而只是對(duì)幾個(gè)垃圾回收算法做了加權(quán)，使垃圾回收操作容易發(fā)生，或提早發(fā)生，或回收較多而已。
�、苀inalize方法透視垃圾收集器的運(yùn)行
在JVM垃圾收集器收集一個(gè)對(duì)象之前 ，一般要求程序調(diào)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄡ尫刨Y源，但在沒有明確釋放資源的情況下，Java提供了缺省機(jī)制來終止化該對(duì)象釋放資源，這個(gè)方法就是finalize()。它的原型為：
protected void finalize() throws Throwable
在finalize()方法返回之后，對(duì)象消失，垃圾收集開始執(zhí)行。原型中的throws Throwable表示它可以拋出任何類型的異常。
因此，當(dāng)對(duì)象即將被銷毀時(shí)，有時(shí)需要做一些善后工作�？梢园堰@些操作寫在finalize()方法里。
java 代碼
protected void finalize()
{
// finalization code here
}
�、谴a示例
java 代碼
class Garbage{
int index;
static int count;
Garbage() {
count++;
System.out.println("object "+count+" construct");
setID(count);
}
void setID(int id) {
index=id;
}
protected void finalize() //重寫finalize方法
{
System.out.println("object "+index+" is reclaimed");
}
public static void main(String[] args)
{
new Garbage();
new Garbage();
new Garbage();
new Garbage();
System.gc(); //請(qǐng)求運(yùn)行垃圾收集器
}
}
5.Java 內(nèi)存泄漏
由于采用了垃圾回收機(jī)制，任何不可達(dá)對(duì)象(對(duì)象不再被引用)都可以由垃圾收集線程回收。因此通常說的Java 內(nèi)存泄漏其實(shí)是指無意識(shí)的、非故意的對(duì)象引用，或者無意識(shí)的對(duì)象保持。無意識(shí)的對(duì)象引用是指代碼的開發(fā)人員本來已經(jīng)對(duì)對(duì)象使用完畢，卻因?yàn)榫幋a的錯(cuò)誤而意外地保存了對(duì)該對(duì)象的引用(這個(gè)引用的存在并不是編碼人員的主觀意愿)，從而使得該對(duì)象一直無法被垃圾回收器回收掉，這種本來以為可以釋放掉的卻最終未能被釋放的空間可以認(rèn)為是被“泄漏了”。
考慮下面的程序,在ObjStack類中,使用push和pop方法來管理堆棧中的對(duì)象。兩個(gè)方法中的索引(index)用于指示堆棧中下一個(gè)可用位置。push方法存儲(chǔ)對(duì)新對(duì)象的引用并增加索引值,而pop方法減小索引值并返回堆棧最上面的元素。在main方法中,創(chuàng)建了容量為64的棧,并64次調(diào)用push方法向它添加對(duì)象,此時(shí)index的值為64,隨后又32次調(diào)用pop方法,則index的值變?yōu)?2,出棧意味著在堆棧中的空間應(yīng)該被收集。但事實(shí)上,pop方法只是減小了索引值,堆棧仍然保持著對(duì)那些對(duì)象的引用。故32個(gè)無用對(duì)象不會(huì)被GC回收,造成了內(nèi)存滲漏。
java 代碼
public class ObjStack {
private Object[] stack;
private int index;
ObjStack(int indexcount) {
stack = new Object[indexcount];
index = 0;
}
public void push(Object obj) {
stack[index] = obj;
index++;
}
public Object pop() {
index--;
return stack[index];
}
}
public class Pushpop {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
Object tempobj;
//new一個(gè)ObjStack對(duì)象，并調(diào)用有參構(gòu)造函數(shù)。分配stack Obj數(shù)組的空間大小為64，可以存64個(gè)對(duì)象，從0開始存儲(chǔ)
ObjStack stack1 = new ObjStack(64);
while (i < 64)
{
tempobj = new Object();//循環(huán)new Obj對(duì)象，把每次循環(huán)的對(duì)象一一存放在stack Obj數(shù)組中。
stack1.push(tempobj);
i++;
System.out.println("第" + i + "次進(jìn)棧" + "\t");
}
while (i > 32)
{
tempobj = stack1.pop();//這里造成了空間的浪費(fèi)。
//正確的pop方法可改成如下所指示,當(dāng)引用被返回后,堆棧刪除對(duì)他們的引用,因此垃圾收集器在以后可以回收他們。
/*
* public Object pop() {index - -;Object temp = stack [index];stack [index]=null;return temp;}
*/
i--;
System.out.println("第" + (64 - i) + "次出棧" + "\t");
}
}
}
6.如何消除內(nèi)存泄漏
雖然Java虛擬機(jī)(JVM)及其垃圾收集器(garbage collector，GC)負(fù)責(zé)管理大多數(shù)的內(nèi)存任務(wù)，Java軟件程序中還是有可能出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。實(shí)際上，這在大型項(xiàng)目中是一個(gè)常見的問題。避免內(nèi)存泄漏的第一步是要弄清楚它是如何發(fā)生的。本文介紹了編寫Java代碼的一些常見的內(nèi)存泄漏陷阱，以及編寫不泄漏代碼的一些最佳實(shí)踐。一旦發(fā)生了內(nèi)存泄漏，要指出造成泄漏的代碼是非常困難的。因此本文還介紹了一種新工具，用來診斷泄漏并指出根本原因。該工具的開銷非常小，因此可以使用它來尋找處于生產(chǎn)中的系統(tǒng)的內(nèi)存泄漏。
垃圾收集器的作用
雖然垃圾收集器處理了大多數(shù)內(nèi)存管理問題，從而使編程人員的生活變得更輕松了，但是編程人員還是可能犯錯(cuò)而導(dǎo)致出現(xiàn)內(nèi)存問題。簡單地說，GC循環(huán)地跟蹤所有來自“根”對(duì)象(堆棧對(duì)象、靜態(tài)對(duì)象、JNI句柄指向的對(duì)象，諸如此類)的引用，并將所有它所能到達(dá)的對(duì)象標(biāo)記為活動(dòng)的。程序只可以操縱這些對(duì)象;其他的對(duì)象都被刪除了。因?yàn)镚C使程序不可能到達(dá)已被刪除的對(duì)象，這么做就是安全的。
雖然內(nèi)存管理可以說是自動(dòng)化的，但是這并不能使編程人員免受思考內(nèi)存管理問題之苦。例如，分配(以及釋放)內(nèi)存總會(huì)有開銷，雖然這種開銷對(duì)編程人員來說是不可見的。創(chuàng)建了太多對(duì)象的程序?qū)?huì)比完成同樣的功能而創(chuàng)建的對(duì)象卻比較少的程序更慢一些(在其他條件相同的情況下)。
而且，與本文更為密切相關(guān)的是，如果忘記“釋放”先前分配的內(nèi)存，就可能造成內(nèi)存泄漏。如果程序保留對(duì)永遠(yuǎn)不再使用的對(duì)象的引用，這些對(duì)象將會(huì)占用并耗盡內(nèi)存，這是因?yàn)樽詣?dòng)化的垃圾收集器無法證明這些對(duì)象將不再使用。正如我們先前所說的，如果存在一個(gè)對(duì)對(duì)象的引用，對(duì)象就被定義為活動(dòng)的，因此不能刪除。為了確保能回收對(duì)象占用的內(nèi)存，編程人員必須確保該對(duì)象不能到達(dá)。這通常是通過將對(duì)象字段設(shè)置為null或者從集合(collection)中移除對(duì)象而完成的。但是，注意，當(dāng)局部變量不再使用時(shí)，沒有必要將其顯式地設(shè)置為null。對(duì)這些變量的引用將隨著方法的退出而自動(dòng)清除。
概括地說，這就是內(nèi)存托管語言中的內(nèi)存泄漏產(chǎn)生的主要原因：保留下來卻永遠(yuǎn)不再使用的對(duì)象引用。
典型泄漏
既然我們知道了在Java中確實(shí)有可能發(fā)生內(nèi)存泄漏，就讓我們來看一些典型的內(nèi)存泄漏及其原因。
全局集合
在大的應(yīng)用程序中有某種全局的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫是很常見的，例如一個(gè)JNDI樹或一個(gè)會(huì)話表。在這些情況下，必須注意管理儲(chǔ)存庫的大小。必須有某種機(jī)制從儲(chǔ)存庫中移除不再需要的數(shù)據(jù)。
這可能有多種方法，但是最常見的一種是周期性運(yùn)行的某種清除任務(wù)。該任務(wù)將驗(yàn)證儲(chǔ)存庫中的數(shù)據(jù)，并移除任何不再需要的數(shù)據(jù)。
另一種管理儲(chǔ)存庫的方法是使用反向鏈接(referrer)計(jì)數(shù)。然后集合負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)集合中每個(gè)入口的反向鏈接的數(shù)目。這要求反向鏈接告訴集合何時(shí)會(huì)退出入口。當(dāng)反向鏈接數(shù)目為零時(shí)，該元素就可以從集合中移除了。
緩存
緩存是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于快速查找已經(jīng)執(zhí)行的操作的結(jié)果。因此，如果一個(gè)操作執(zhí)行起來很慢，對(duì)于常用的輸入數(shù)據(jù)，就可以將操作的結(jié)果緩存，并在下次調(diào)用該操作時(shí)使用緩存的數(shù)據(jù)。
緩存通常都是以動(dòng)態(tài)方式實(shí)現(xiàn)的，其中新的結(jié)果是在執(zhí)行時(shí)添加到緩存中的。典型的算法是：
檢查結(jié)果是否在緩存中，如果在，就返回結(jié)果。
如果結(jié)果不在緩存中，就進(jìn)行計(jì)算。
將計(jì)算出來的結(jié)果添加到緩存中，以便以后對(duì)該操作的調(diào)用可以使用。
該算法的問題(或者說是潛在的內(nèi)存泄漏)出在最后一步。如果調(diào)用該操作時(shí)有相當(dāng)多的不同輸入，就將有相當(dāng)多的結(jié)果存儲(chǔ)在緩存中。很明顯這不是正確的方法。
為了預(yù)防這種具有潛在破壞性的設(shè)計(jì)，程序必須確保對(duì)于緩存所使用的內(nèi)存容量有一個(gè)上限。因此，更好的算法是：
檢查結(jié)果是否在緩存中，如果在，就返回結(jié)果。
如果結(jié)果不在緩存中，就進(jìn)行計(jì)算。
如果緩存所占的空間過大，就移除緩存最久的結(jié)果。
將計(jì)算出來的結(jié)果添加到緩存中，以便以后對(duì)該操作的調(diào)用可以使用。
通過始終移除緩存最久的結(jié)果，我們實(shí)際上進(jìn)行了這樣的假設(shè)：在將來，比起緩存最久的數(shù)據(jù)，最近輸入的數(shù)據(jù)更有可能用到。這通常是一個(gè)不錯(cuò)的假設(shè)。
新算法將確保緩存的容量處于預(yù)定義的內(nèi)存范圍之內(nèi)。確切的范圍可能很難計(jì)算，因?yàn)榫彺嬷械膶?duì)象在不斷變化，而且它們的引用包羅萬象。為緩存設(shè)置正確的大小是一項(xiàng)非常復(fù)雜的任務(wù)，需要將所使用的內(nèi)存容量與檢索數(shù)據(jù)的速度加以平衡。
解決這個(gè)問題的另一種方法是使用java.lang.ref.SoftReference類跟蹤緩存中的對(duì)象。這種方法保證這些引用能夠被移除，如果虛擬機(jī)的內(nèi)存用盡而需要更多堆的話。
ClassLoader
Java ClassLoader結(jié)構(gòu)的使用為內(nèi)存泄漏提供了許多可乘之機(jī)。正是該結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性使ClassLoader在內(nèi)存泄漏方面存在如此多的問題。ClassLoader的特別之處在于它不僅涉及“常規(guī)”的對(duì)象引用，還涉及元對(duì)象引用，比如：字段、方法和類。這意味著只要有對(duì)字段、方法、類或ClassLoader的對(duì)象的引用，ClassLoader就會(huì)駐留在JVM中。因?yàn)镃lassLoader本身可以關(guān)聯(lián)許多類及其靜態(tài)字段，所以就有許多內(nèi)存被泄漏了。
確定泄漏的位置
通常發(fā)生內(nèi)存泄漏的第一個(gè)跡象是：在應(yīng)用程序中出現(xiàn)了OutOfMemoryError。這通常發(fā)生在您最不愿意它發(fā)生的生產(chǎn)環(huán)境中，此時(shí)幾乎不能進(jìn)行調(diào)試。有可能是因?yàn)闇y試環(huán)境運(yùn)行應(yīng)用程序的方式與生產(chǎn)系統(tǒng)不完全相同，因而導(dǎo)致泄漏只出現(xiàn)在生產(chǎn)中。在這種情況下，需要使用一些開銷較低的工具來監(jiān)控和查找內(nèi)存泄漏。還需要能夠無需重啟系統(tǒng)或修改代碼就可以將這些工具連接到正在運(yùn)行的系統(tǒng)上�？赡茏钪匾氖�，當(dāng)進(jìn)行分析時(shí)，需要能夠斷開工具而保持系統(tǒng)不受干擾。
雖然OutOfMemoryError通常都是內(nèi)存泄漏的信號(hào)，但是也有可能應(yīng)用程序確實(shí)正在使用這么多的內(nèi)存;對(duì)于后者，或者必須增加JVM可用的堆的數(shù)量，或者對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行某種更改，使它使用較少的內(nèi)存。但是，在許多情況下，OutOfMemoryError都是內(nèi)存泄漏的信號(hào)。一種查明方法是不間斷地監(jiān)控GC的活動(dòng)，確定內(nèi)存使用量是否隨著時(shí)間增加。如果確實(shí)如此，就可能發(fā)生了內(nèi)存泄漏。
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