關于內存安全問題，你應該了解的幾點！
前言
Java在內存管理方面是要比C/C++更方便的，不需要為每一個對象編寫釋放內存的代碼，JVM虛擬機將為我們選擇合適的時間釋放內存空間，使得程序不容易出現(xiàn)內存泄漏和溢出的問題
不過，也正是因為Java把內存控制的權利交給了Java虛擬機，一旦出現(xiàn)內存泄漏和溢出方面的問題，如果不了解虛擬機是怎么使用內存的，那排查錯誤將會成為一項異常艱難的工作
下面先看看JVM如何管理內存的
內存管理
根據Java虛擬機規(guī)范（第3版） 的規(guī)定，Java虛擬機所管理的內存將會包括以下幾個運行內存數據區(qū)域：
線程隔離數據區(qū)：
程序計數器： 當前線程所執(zhí)行字節(jié)碼的行號指示器 虛擬機棧： 里面的元素叫棧幀，存儲局部變量表、操作棧、動態(tài)鏈接、方法出口等，方法被調用到執(zhí)行完成的過程對應一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。 本地方法棧： 和虛擬機棧的區(qū)別在于虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法，本地方法棧為虛擬機使用到的本地Native方法服務。 線程共享數據區(qū)：
方法區(qū)： 可以描述為堆的一個邏輯部分，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)。存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。 堆： 唯一目的就是存放對象的實例，是垃圾回收管理器的主要區(qū)域，分為Eden、From/To Survivor空間。
Java各版本內存管理改進
下圖中永久代理解為堆的邏輯區(qū)域，移除永久代的工作從JDK7就已經開始了，部分永久代中的數據（常量池）在JDK7中就已經轉移到了堆中，JDK8中直接去除了永久代，方法區(qū)中的數據大部分被移到堆里面，還剩下一些元數據被保存在元空間里
內存溢出
內存泄露Memory Leak： 申請的內存空間沒有及時釋放，導致后續(xù)程序里這塊內容永遠被占用。 內存溢出Out Of Memory： 要求的內存超過了系統(tǒng)所能提供的
運行時數據區(qū)域的常見異常
在JVM中，除了程序計數器外，虛擬機內存的其他幾個運行時數據區(qū)域都有發(fā)生OOM異常的可能。
堆內存溢出
不斷的創(chuàng)建對象，并且保證GC Roots到對象之間有可達路徑來避免垃圾回收機制清除這些對象。
public class HeapOOM {
static class ObjectInHeap{
}
public static void main(String[] args) {
List<ObjectInHeap> list = new ArrayList();
while (true) {
list.add(new ObjectInHeap());
}
}
}
棧溢出
單個線程下不斷擴大棧的深度引起棧溢出。
public class StackSOF {
private int stackLength = 1;
public void stackLeak() {
stackLength++;
stackLeak();
}
public static void main(String[] args) {
StackSOF sof = new StackSOF();
try {
sof.stackLeak();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("Stack Length: " + sof.stackLength);
throw e;
}
}
}
循環(huán)的創(chuàng)建線程，達到最大棧容量。
public class StackOOM {
private void dontStop() {
while (true) {
}
}
public void stackLeadByThread() {
while (true) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
dontStop();
}
});
thread.start();
}
}
public static void main(String[] args) {
StackOOM stackOOM = new StackOOM();
stackOOM.stackLeadByThread();
}
}
運行時常量池溢出
不斷的在常量池中新建String，并且保持引用不釋放。
public class RuntimeConstantPoolOOM {
public static void main(String[] args) {
// 使用List保持著常量池的引用，避免Full GC回收常量池
List<String> list = new ArrayList<String>();
int i = 0;
while (true) {
// intern()方法使String放入常量池
list.add(String.valueOf(i++).intern());
}
}
}
方法區(qū)溢出
借助CGLib直接操作字節(jié)碼運行時產生大量的動態(tài)類，最終撐爆內存導致方法區(qū)溢出。
public class MethodAreaOOM {
static class ObjectInMethod {
}
public static void main(final String[] args) {
// 借助CGLib實現(xiàn)
while (true) {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(ObjectInMethod.class);
enhancer.setUseCache(false);
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
@Override
public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
return methodProxy.invokeSuper(o, objects);
}
});
enhancer.create();
}
}
}
元空間溢出
助CG Lib運行時產生大量動態(tài)類，唯一的區(qū)別在于運行環(huán)境修改為Java 1.8，設置-XX:MaxMetaspaceSize參數，便可以收獲java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace這一報錯
本機直接內存溢出
直接申請分配內存（實際上并沒有真正向操作系統(tǒng)申請分配內存，而是通過計算得知內存無法分配，于是拋出異常）
public class DirectMemoryOOM {
private static final int _1MB = 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {
Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
unsafeField.setAccessible(true);
Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
while (true) {
unsafe.allocateMemory(_1MB);
}
}
}
常見案例
在工作中一般會遇到有以下幾種情況導致內存問題
傳輸數據量過大
因為傳輸數量過大、或一些極端情況導致代碼中間結果對象數據量過大，過大的數據量撐爆內存
查詢出大量對象
這個多為SQL語句設置問題，SQL未設置分頁，用戶一次查詢數據量過大、頻繁查詢SQL導致內存堆積、或是未作判空處理導致WHERE條件為空查詢出超大數據量等
接口性能問題導致
這類為外部接口性能較慢，占用內存較大，并且短時間內高QPS導致的，導致服務內存不足，線程堆積或掛起進而出現(xiàn)FullGC
元空間問題
使用了大量的反射代碼，Java字節(jié)碼存取器生成的類不斷生成
問題排查
使用jmap分析內存泄漏
1.生成dump文件
jmap -dump:format=b,file=/xx/xx/xx.hprof pid
2.dump文件下載到本地
3.dump文件分析
可以使用MAT，MAT可作為Eclipse插件或一個獨立軟件使用，MAT是一個高性能、具備豐富功能的Java堆內存分析工具，主要用來排查內存泄漏和內存浪費的問題。
使用MAT打開上一部后綴名.hprof的dump文件
Histogram：直方圖，各個類的實例，包括個數和大小，可以查看類引用和被引用的路徑。 Dominator Tree：支配圖，列出所有線程和線程下面的那些對象占用的空間。 Top Consumers：通過圖形列出消耗內存多的實例。 Leak Suspects：MAT自動分析的內存泄漏報表
可以用這個工具分析出什么對象什么線程占用內存空間較大，對象是被什么引用的，線程內有哪些資源占用很高
以運行時常量池溢出為例
打開Histogram類實例表
Objects是類的對象的數量；Shallow是對象本身占用內存大小、不包含其他引用；
Retained是對象自己的Shallow加上直接或間接訪問到對象的Shallow之和，也可以說是GC之后可以回收的內存總和
從圖中可以看出運行時常量池溢出的情況，產生了大量的String和char[]實例
在char[]上右鍵可以得到上圖所有char[]對象的被引用路徑，可以看出這些char數組都是以String的形式存在ArrayList中，并且是由main這個線程運行的
可以看出是main線程中新建了一個數組，其中存了32w+個長度為6的char數組組成的String造成的內存溢出
關于MAT的詳細使用可以從MAT官方教程學習更多
最后
寫文章畫圖不易，喜歡的話，希望幫忙點贊，轉發(fā)下哈，謝謝
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這些線程安全的坑，你在工作中踩了么？
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