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原文:https://www.toptal.com/java/hunting-memory-leaks-in-java

作者:Jose Ferreirade Souza Filho

译者:Emma来历:泥瓦匠(https://mp.weixin.qq.com/s/4hpUXwaSFGvyQhQ_AlAzQA)

没有经验的程序员常常认为Java的主动废物收回彻底使他们免于忧虑内存办理。这是一个常见的误解:尽管废物搜集器做得很好,但即便是最好的程序员也彻底有或许成为严峻破坏内存走漏的牺牲品。让我解说一下。

当不用要地保护不再需求的方针引证时,会发作内存走漏。这些走漏很糟糕。首要,当程序耗费越来越多的资源时,它们会对计算机施加不用要的压力。更糟糕的是,检测这些走漏或许很困难:静态剖析一般很难精确辨认这些冗余引证,现有的走漏检测东西会盯梢和陈述有关单个方针的细粒度信息,发作难以解说且短少精确度的成果。

换句话说,走漏要么太难以辨认,要么运用过分具体而无用术语来辨认。

实践上有四类内存问题具有类似和堆叠的特征,但原因和处理方案各不相同:

  • Performance(功用):一般与过多的方针创立和删去,废物搜集的长期推迟,过多的操作体系页面交流等相关联。
  • Resource constraints(资源束缚):当可用内存很少或内存过于涣散而无法分配大方针时 - 这或许是本机的,或许更常见的是与Java堆相关。
  • Java heap leaks(java堆走漏):经典的内存走漏,Java方针在不开释的状况下不断创立。这一般是由潜在方针引证引起的。
  • Native memory leaks(本机内存走漏):与Java堆之外的任何不断增加的内存运用率相关联,例如由JNI代码,驱动程序乃至JVM分配。

在这个内存办理教程中,我将专心于Java堆缝隙,并概述一种依据Java VisualVM陈述检测此类走漏的办法,并运用可视化界面在运转时剖析依据Java技能的运用程序。

但在您能够防备和发现内存走漏之前,您应该了解它们的发作办法和原因。 (留意:假如你能很好地处理扑朔迷离的内存走漏,你能够越过。)

1. 内存走漏:根底

关于初学者来说,将内存走漏视为一种疾病,将Java的OutOfMemoryError(简称OOM)视为一种症状。但与任何疾病相同,并非一切OOM都意味着内存走漏:由于生成许多局部变量或其他此类事情,OOM或许会发作。另一方面,并非一切内存走漏都必定表现为OOM,特别是在桌面运用程序或客户端运用程序(没有从头发动时运转很长期)的状况下。

将内存走漏视为疾病,将OutOfMemoryError视为症状。但并非一切OutOfMemoryErrors都意味着内存走漏,并非一切内存走漏都表现为OutOfMemoryErrors。

为什么这些走漏如此糟糕?除此之外,程序履行期间走漏的内存块一般会下降体系功用,由于分配但未运用的内存块有必要在体系耗尽闲暇物理内存时进行换出。终究,程序乃至或许耗尽其可用的虚拟地址空间,然后导致OOM。

2. 解密OutOfMemoryError

如上所述,OOM是内存走漏的常见指示。实质上,当没有满足的空间来分配新方针时,会抛出过错。当废物搜集器找不到必要的空间,而且堆不能进一步扩展,会屡次测验。因而,会呈现过错以及仓库盯梢。

确诊OOM的第一步是确认过错的实践意义。这听起来很清楚,但答案并不总是那么明晰。例如:OOM是否是由于Java堆已满而呈现,仍是由于本机堆已满?为了帮助您答复这个问题,让咱们剖析一些或许的过错音讯:

  • java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  • java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
  • java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
  • java.lang.OutOfMemoryError: request bytes for . Out of swap space?
  • java.lang.OutOfMemoryError: (Native method)

2.1.“Java heap space”

此过错音讯不一定意味着内存走漏。实践上,问题或许与装备问题相同简略。

例如,我担任剖析一向发作这种类型的OutOfMemoryError的运用程序。经过一番查询后,我发现元凶巨恶是阵列实例化,由于需求太多的内存;在这种状况下,并不是运用程序的错,而是运用程序服务器依赖于默许的堆太小了。我经过调整JVM的内存参数处理了这个问题。

在其他状况下,特别是关于长期存在的运用程序,该音讯或许标明咱们无意中持有方针的引证,然后阻挠废物搜集器整理它们。这时Java言语等同于内存走漏。 (留意:运用程序调用的API也或许无意中持有方针引证。)

这些“Java堆空间”OOM的另一个潜在来历是运用finalizers。假如类具有finalize办法,则在废物搜集时该类型的方针不会被收回。而是在废物搜集之后,稍后方针将排队等候终究确认。在Sun完成中,finalizers由看护线程履行。假如finalizers线程无法跟上finalization行列,那么Java堆或许会填满而且或许抛出OOM。

2.2. “PermGen space”

此过错音讯标明永久代已满。永久代是存储类和办法方针的堆的区域。假如运用程序加载了许多类,则或许需求运用-XX:MaxPermSize选项增加永久代的巨细。

Interned java.lang.String方针也存储在永久代中。 java.lang.String类保护一个字符串池。调用实习办法时,该办法检查池以检查是否存在等效字符串。假如是这样,它由实习办法回来;假如没有,则将字符串增加到池中。更精确地说,java.lang.String.intern办法回来一个字符串的规范标明;成果是对该字符串显现为文字时将回来的同一个类实例的引证。假如运用程序实例化许多字符串,则或许需求增加永久代的巨细。

留意:您能够运用jmap -permgen指令打印与永久生成相关的计算信息,包含有关内部化String实例的信息。

2.3.“Requested array size exceeds VM limit”

此过错标明运用程序(或该运用程序运用的API)测验分配大于堆巨细的数组。例如,假如运用程序测验分配512MB的数组但最大堆巨细为256MB,则将抛出此过错音讯的OOM。在大多数状况下,问题是装备问题或运用程序测验分配海量数组时导致的过错。

2.4. “Request bytes for . Out of swap space?”

此音讯似乎是一个OOM。可是,当本机堆的分配失利而且本机堆或许将被耗尽时,HotSpot VM会抛出此反常。音讯中包含失利恳求的巨细(以字节为单位)以及内存恳求的原因。在大多数状况下,是陈述分配失利的源模块的称号。

假如抛出此类型的OOM,则或许需求在操作体系上运用毛病扫除实用程序来进一步确诊问题。在某些状况下,问题乃至或许与运用程序无关。例如,您或许会在以下状况下看到此过错:

  • 操作体系装备的交流空间缺乏。
  • 体系上的另一个进程是耗费一切可用的内存资源。

由于本机走漏,运用程序也或许失利(例如,假如某些运用程序或库代码不断分配内存但无法将其开释到操作体系)。

2.5. Native method

假如您看到此过错音讯而且仓库盯梢的顶部结构是本机办法,则该本机办法遇到分配失利。此音讯与上一个音讯之间的差异在于,在JNI或本机办法中检测到Java内存分配失利,而不是在Java VM代码中检测到。

假如抛出此类型的OOM,您或许需求在操作体系上运用实用程序来进一步确诊问题。

2.6. Application Crash Without OOM

有时,运用程序或许会在从本机堆分配失利后很快溃散。假如您运转的本机代码不检查内存分配函数回来的过错,则会发作这种状况。

例如,假如没有可用内存,malloc体系调用将回来NULL。假如未检查malloc的回来,则运用程序在测验拜访无效的内存方位时或许会溃散。依据具体状况,或许很难定位此类问题。

在某些状况下,丧命过错日志或溃散转储的信息就足以确诊问题。假如确认溃散的原因是某些内存分配中短少过错处理,那么您有必要找到所述分配失利的原因。与任何其他本机堆问题相同,体系或许装备了但交流空间缺乏,另一个进程或许正在耗费一切可用内存资源等。

3. 走漏确诊

在大多数状况下,确诊内存走漏需求十分具体地了解相关运用程序。正告:该进程或许很长而且是迭代的。

咱们寻觅内存走漏的战略将相对简略:

  1. 辨认症状
  2. 启用具体废物收回
  3. 启用剖析
  4. 剖析踪影

3.1. 辨认症状

正如所评论的,在许多状况下,Java进程终究会抛出一个OOM运转时反常,这是一个清晰的指示,标明您的内存资源现已耗尽。在这种状况下,您需求区别正常的内存耗尽和走漏。剖析OOM的音讯并测验依据上面供给的评论找到元凶巨恶。

一般,假如Java运用程序恳求的存储空间超越运转时堆供给的存储空间,则或许是由于规划欠安导致的。例如,假如运用程序创立映像的多个副本或将文件加载到数组中,则当映像或文件十分大时,它将耗尽存储空间。这是正常的资源耗尽。该运用程序按规划作业(尽管这种规划显然是愚笨的)。

可是,假如运用程序在处理相同类型的数据时稳定地增加其内存运用率,则或许会发作内存走漏。

3.2. 启用具体废物搜集

断语的确存在内存走漏的最快办法之一是启用具体废物收回。一般能够经过检查verbosegc输出中的形式来辨认内存束缚问题。

具体来说,-verbosegc参数答应您在每次废物搜集(GC)进程开端时生成盯梢。也就是说,当内存被废物搜集时,摘要陈述会打印到规范过错,让您了解内存的办理办法。

这是运用-verbosegc选项生成的一些典型输出:

此GC盯梢文件中的每个块(或节)按递加次序编号。要了解这种盯梢,您应该检查接连的分配失利节,并查找跟着时刻的推移而削减的开释内存(字节和百分比),一同总内存(此处,19725304)正在增加。这些是内存耗尽的典型痕迹。

3.3. 启用剖析

不同的JVM供给了生成盯梢文件以反映堆活动的不同办法,这些办法一般包含有关方针类型和巨细的具体信息。这称为剖析堆。

3.4. 剖析途径

本文要点介绍Java VisualVM生成的盯梢。盯梢能够有不同的格局,由于它们能够由不同的Java内存走漏检测东西生成,但它们背面的主意总是相同的:在堆中找到不应该存在的方针块,并确认这些方针是否累积而不是开释。特别感兴趣的是每次在Java运用程序中触发某个事情时已知的暂时方针。应该仅存少数,但存在许多方针实例,一般标明运用程序呈现过错。

终究,处理内存走漏需求您彻底检查代码。了解方针走漏的类型或许对此十分有用,而且能够大大加速调试速度。

4. 废物搜集如安在JVM中运转?

在咱们开端剖析具有内存走漏问题的运用程序之前,让咱们首要看看废物搜集在JVM中的作业原理。

JVM运用一种称为盯梢搜集器的废物搜集器,它基本上经过暂停它周围的国际来操作,符号一切根方针(由运转线程直接引证的方针),并遵从它们的引证,符号它沿途看到的每个方针。

Java依据分代假定-完成了一种称为分代废物搜集器的东西,该假定标明创立的大多数方针被快速丢掉,而未快速搜集的方针或许会存在一段时刻。

依据此假定,[Java将方针分为多代](http://www.oracle.com/technetwork/java/gc-tuning-5-138395.html#1.1. Generations|outline)。这是一个视觉解说:

  • Young Generation -这是方针的开端。它有两个子代
  • Eden Space -方针从这儿开端。大多数物体都是在Eden Space中发明和毁掉的。在这儿,GC履行Minor GCs,这是优化的废物搜集。履行Minor GC时,对依然需求的方针的任何引证都将迁移到其间一个survivors空间(S0或S1)。
  • Survivor Space (S0 and S1)-幸存Eden Space的方针终究来到这儿。其间有两个,在任何给定时刻只要一个正在运用(除非咱们有严峻的内存走漏)。一个被指定为空,另一个被指定为活动,与每个GC循环替换。
  • Tenured Generation -也被称为老时代(图2中的旧空间),这个空间包容存活较长的方针,运用寿命更长(假如它们活得满足长,则从Survivor空间移过来)。填充此空间时,GC会履行完好GC,这会在功用方面下降成本。假如此空间无限制地增加,则JVM将抛出OutOfMemoryError - Java堆空间。
  • Permanent Generation -作为与终身代密切相关的第三代,永久代是特别的,由于它保存虚拟机所需的数据,以描绘在Java言语等级上没有等价的方针。例如,描绘类和办法的方针存储在永久代中。

Java满足聪明,能够为每一代运用不同的废物搜集办法。运用名为Parallel New Collector的盯梢仿制搜集器处理年青代。这个搜集器阻挠了这个国际,但由于年青一代一般很小,所以暂停很时间短。

有关JVM代及其作业原理的更多信息,请查阅Memory Management in the Java HotSpot™ Virtual Machine 。

5. 检测内存走漏

要查找内存走漏并消除它们,您需求适宜的内存走漏东西。是时分运用Java VisualVM检测并删去此类走漏。

5.1. 运用Java VisualVM长途剖析堆

VisualVM是一种东西,它供给了一个可视化界面,用于检查有关依据Java技能的运用程序运转时的具体信息。

运用VisualVM,您能够检查与本地运用程序和长途主机上运转的运用程序相关的数据。您还能够捕获有关JVM软件实例的数据,并将数据保存到本地体系。

为了从Java VisualVM的一切功用中获益,您应该运转Java渠道规范版(Java SE)版别6或更高版别。

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5.2. 为JVM启用长途衔接

在出产环境中,一般很难拜访运转代码的实践机器。走运的是,咱们能够长途剖析咱们的Java运用程序。

首要,咱们需求在方针机器上颁发自己JVM拜访权限。为此,请运用以下内容创立名为jstatd.all.policy的文件:

grant codebase "file:${java.home}/../lib/tools.jar" {
permission java.security.AllPermission;
};

创立文件后,咱们需求运用jstatd - Virtual Machine jstat Daemon东西启用与方针VM的长途衔接,如下所示:

jstatd -p  -J-Djava.security.policy=

例如:

jstatd -p 1234 -J-Djava.security.policy=D:\jstatd.all.policy

经过在方针VM中发动jstatd,咱们能够衔接到方针计算机并长途剖析运用程序的内存走漏问题。

5.3. 衔接到长途主机

在客户端计算机中,翻开提示并键入jvisualvm以翻开VisualVM东西。

接下来,咱们有必要在VisualVM中增加长途主机。当方针JVM启用以答应来自具有J2SE 6或更高版别的另一台计算机的长途衔接时,咱们发动Java VisualVM东西并衔接到长途主机。假如与长途主机的衔接成功,咱们将看到在方针JVM中运转的Java运用程序,如下所示:

要在运用程序上运转内存剖析器,咱们只需在侧面板中双击其称号即可。

现在咱们现已设置了内存剖析器,让咱们研讨一个内存走漏问题的运用程序,咱们称之为MemLeak。

6. MemLeak

当然,有许多办法能够在Java中创立内存走漏。为简略起见,咱们将一个类界说为HashMap中的键,但咱们不会界说equals()和hashcode()办法。

HashMap是Map接口的哈希表完成,因而它界说了键和值的基本概念:每个值都与唯一键相关,因而假如给定键值对的键现已存在于HashMap,它的当时值被替换。

咱们的密钥类有必要供给equals()和hashcode()办法的正确完成。没有它们,就无法确保会生成一个好的密钥。

经过不界说equals()和hashcode()办法,咱们一遍又一遍地向HashMap增加相同的键,而不是按原样替换键,HashMap不断增加,无法辨认这些相同的键并抛出OutOfMemoryError 。

MemLeak类:

package com.post.memory.leak;
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();
}
}
}

留意:内存走漏不是由于第14行的无限循环:无限循环或许导致资源耗尽,但不会导致内存走漏。假如咱们现已正确完成了equals()和hashcode()办法,那么即便运用无限循环,代码也能正常运转,由于咱们在HashMap中只要一个元素。

(关于那些感兴趣的人,这儿有一些(成心)发作走漏的代替办法。)

7. 运用Java VisualVM

运用Java VisualVM,咱们能够对Java Heap进行内存监督,并确认其行为是否存在内存走漏。

这是刚刚初始化后MemLeak的Java堆剖析器的图形标明(回想一下咱们对各代的评论):

只是30秒之后,老时代简直已满,标明即便运用Full GC,老时代也在不断增加,这是内存走漏的显着痕迹。

检测此走漏原因的一种办法如下图所示(单击扩大),运用带有heapdump的Java VisualVM生成。在这儿,咱们看到50%的Hashtable $ Entry方针在堆中,而第二行指向MemLeak类。因而,内存走漏是由MemLeak类中运用的哈希表引起的。

终究,在OutOfMemoryError之后调查Java Heap,其间Young和Old代彻底填满。

8. 结束语

内存走漏是最难处理的Java运用程序问题之一,由于症状多种多样且难以重现。在这儿,咱们概述了一种逐渐发现内存走漏并确认其来历的办法。但最重要的是,仔细阅读您的过错音讯并留意仓库盯梢 - 并非一切走漏都像它们呈现的那样简略。

9. 附录

与Java VisualVM一同,还有其他几种能够履行内存走漏检测的东西。许多走漏检测器经过阻拦对存储器办理例程的调用在库等级操作。例如,HPROF是一个与Java 2渠道规范版(J2SE)绑缚在一同的简略指令行东西,用于堆和CPU剖析。能够直接剖析HPROF的输出,或将其用作JHAT等其他东西的输入。当咱们运用Java 2 Enterprise Edition(J2EE)运用程序时,有许多堆转储剖析器处理方案更友爱,例如IBM Heapdumps for Websphere运用程序服务器。

原文:https://www.toptal.com/java/hunting-memory-leaks-in-java

作者:Jose Ferreirade Souza Filho

译者:Emma

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