1. 什么是內(nèi)存泄漏？

內(nèi)存泄漏：對象已經(jīng)沒有被應(yīng)用程序使用，但是垃圾回收器沒辦法移除它們，因為還在被引用著。

在Java中，內(nèi)存泄漏就是存在一些被分配的對象，這些對象有下面兩個特點，首先，這些對象是可達(dá)的，即在有向圖中，存在通路可以與其相連；其次，這些對象是無用的，即程序以后不會再使用這些對象。如果對象滿足這兩個條件，這些對象就可以判定為Java中的內(nèi)存泄漏，這些對象不會被GC所回收，然而它卻占用內(nèi)存。

在C++中，內(nèi)存泄漏的范圍更大一些。有些對象被分配了內(nèi)存空間，然后卻不可達(dá)，由于C++中沒有GC（Garbage Collection垃圾回收），這些內(nèi)存將永遠(yuǎn)收不回來。在Java中，這些不可達(dá)的對象都由GC負(fù)責(zé)回收，因此程序員不需要考慮這部分的內(nèi)存泄露。

通過分析，我們得知，對于C++，程序員需要自己管理邊和頂點，而對于Java程序員只需要管理邊就可以了(不需要管理頂點的釋放)。通過這種方式，Java提高了編程的效率。

因此，通過以上分析，我們知道在Java中也有內(nèi)存泄漏，但范圍比C++要小一些。因為Java從語言上保證，任何對象都是可達(dá)的，所有的不可達(dá)對象都由GC管理。

對于程序員來說，GC基本是透明的，不可見的。雖然，我們只有幾個函數(shù)可以訪問GC，例如運行GC的函數(shù)System.gc()，但是根據(jù)Java語言規(guī)范定義， 該函數(shù)不保證JVM的垃圾收集器一定會執(zhí)行。因為，不同的JVM實現(xiàn)者可能使用不同的算法管理GC。

通常，GC的線程的優(yōu)先級別較低。JVM調(diào)用GC的策略也有很多種，有的是內(nèi)存使用到達(dá)一定程度時，GC才開始工作，也有定時執(zhí)行的，有的是平緩執(zhí)行GC，有的是中斷式執(zhí)行GC。但通常來說，我們不需要關(guān)心這些。除非在一些特定的場合，GC的執(zhí)行影響應(yīng)用程序的性能，例如對于基于Web的實時系統(tǒng)，如網(wǎng)絡(luò)游戲等，用戶不希望GC突然中斷應(yīng)用程序執(zhí)行而進(jìn)行垃圾回收，那么我們需要調(diào)整GC的參數(shù)，讓GC能夠通過平緩的方式釋放內(nèi)存，例如將垃圾回收分解為一系列的小步驟執(zhí)行，Sun提供的HotSpot JVM就支持這一特性。

下面給出一個 Java 內(nèi)存泄漏的典型例子， 

Vector v = new Vector(10);  
for (int i = 0; i < 100; i++) {  
    Object o = new Object();  
    v.add(o);  
    o = null;  
} 

在這個例子中，我們循環(huán)申請Object對象，并將所申請的對象放入一個 Vector 中，如果我們僅僅釋放引用本身，那么 Vector 仍然引用該對象，所以這個對象對 GC 來說是不可回收的。因此，如果對象加入到Vector 后，還必須從 Vector 中刪除，最簡單的方法就是將 Vector 對象設(shè)置為 null。

v = null 

要想理解這個定義，我們需要先了解一下對象在內(nèi)存中的狀態(tài)。下面的這張圖就解釋了什么是無用對象以及什么是未被引用對象。

內(nèi)存泄漏示意圖 

上面圖中可以看出，里面有被引用對象和未被引用對象。未被引用對象會被垃圾回收器回收，而被引用的對象卻不會。未被引用的對象當(dāng)然是不再被使用的對象，因為沒有對象再引用它。然而無用對象卻不全是未被引用對象。其中還有被引用的。就是這種情況導(dǎo)致了內(nèi)存泄漏。

2. 詳細(xì)Java中的內(nèi)存泄漏

2.1 Java內(nèi)存回收機(jī)制

不論哪種語言的內(nèi)存分配方式，都需要返回所分配內(nèi)存的真實地址，也就是返回一個指針到內(nèi)存塊的首地址。Java中對象是采用new或者反射的方法創(chuàng)建的，這些對象的創(chuàng)建都是在堆（Heap）中分配的，所有對象的回收都是由Java虛擬機(jī)通過垃圾回收機(jī)制完成的。

GC為了能夠正確釋放對象，會監(jiān)控每個對象的運行狀況，對他們的申請、引用、被引用、賦值等狀況進(jìn)行監(jiān)控，Java會使用有向圖的方法進(jìn)行管理內(nèi)存，實時監(jiān)控對象是否可以達(dá)到，如果不可到達(dá)，則就將其回收，這樣也可以消除引用循環(huán)的問題。

在Java語言中，判斷一個內(nèi)存空間是否符合垃圾收集的標(biāo)準(zhǔn)有兩個：一個是給對象賦予了空值null，以下再沒有調(diào)用過另一個是給對象賦予了新值，這樣重新分配了內(nèi)存空間。

2.2 Java內(nèi)存泄漏引起的原因

內(nèi)存泄漏是指無用對象（不再使用的對象）持續(xù)占有內(nèi)存或無用對象的內(nèi)存得不到及時釋放，從而造成內(nèi)存空間的浪費稱為內(nèi)存泄漏。內(nèi)存泄露有時不嚴(yán)重且不易察覺，這樣開發(fā)者就不知道存在內(nèi)存泄露，但有時也會很嚴(yán)重，會提示你Out of memory。

Java內(nèi)存泄漏的根本原因是什么呢？長生命周期的對象持有短生命周期對象的引用就很可能發(fā)生內(nèi)存泄漏，盡管短生命周期對象已經(jīng)不再需要，但是因為長生命周期持有它的引用而導(dǎo)致不能被回收，這就是Java中內(nèi)存泄漏的發(fā)生場景。

來先看看下面的例子，為什么會發(fā)生內(nèi)存泄漏。下面這個例子中，A對象引用B對象，A對象的生命周期（t1-t4）比B對象的生命周期（t2-t3）長的多。當(dāng)B對象沒有被應(yīng)用程序使用之后，A對象仍然在引用著B對象。這樣，垃圾回收器就沒辦法將B對象從內(nèi)存中移除，從而導(dǎo)致內(nèi)存問題，因為如果A引用更多這樣的對象，那將有更多的未被引用對象存在，并消耗內(nèi)存空間。

B對象也可能會持有許多其他的對象，那這些對象同樣也不會被垃圾回收器回收。所有這些沒在使用的對象將持續(xù)的消耗之前分配的內(nèi)存空間。

生命周期圖

具體主要有如下幾大類：

2.2.1 靜態(tài)集合類引起內(nèi)存泄漏

像HashMap、Vector等的使用最容易出現(xiàn)內(nèi)存泄露，這些靜態(tài)變量的生命周期和應(yīng)用程序一致，他們所引用的所有的對象Object也不能被釋放，因為他們也將一直被Vector等引用著。

例如： 

Static Vector v = new Vector(10);  
for (int i = 0; i < 100; i++) {  
    Object o = new Object();  
    v.add(o);  
    o = null;  
} 

在這個例子中，循環(huán)申請Object 對象，并將所申請的對象放入一個Vector 中，如果僅僅釋放引用本身（o=null），那么Vector 仍然引用該對象，所以這個對象對GC 來說是不可回收的。因此，如果對象加入到Vector 后，還必須從Vector 中刪除，最簡單的方法就是將Vector對象設(shè)置為null。

2.2.2 監(jiān)聽器

在 java 編程中，我們都需要和監(jiān)聽器打交道，通常一個應(yīng)用當(dāng)中會用到很多監(jiān)聽器，我們會調(diào)用一個控件的諸如addXXXListener() 等方法來增加監(jiān)聽器，但往往在釋放對象的時候卻沒有記住去刪除這些監(jiān)聽器，從而增加了內(nèi)存泄漏的機(jī)會。

2.2.3 各種連接

比如數(shù)據(jù)庫連接（dataSourse.getConnection()），網(wǎng)絡(luò)連接(socket)和io連接，除非其顯式的調(diào)用了其close() 方法將其連接關(guān)閉，否則是不會自動被GC 回收的。對于Resultset 和Statement 對象可以不進(jìn)行顯式回收，但Connection 一定要顯式回收，因為Connection 在任何時候都無法自動回收，而Connection一旦回收，Resultset 和Statement 對象就會立即為NULL。

但是如果使用連接池，情況就不一樣了，除了要顯式地關(guān)閉連接，還必須顯式地關(guān)閉Resultset Statement 對象（關(guān)閉其中一個，另外一個也會關(guān)閉），否則就會造成大量的Statement 對象無法釋放，從而引起內(nèi)存泄漏。這種情況下一般都會在try 里面去的連接，在finally里面釋放連接。

2.2.4 內(nèi)部類和外部模塊的引用

內(nèi)部類的引用是比較容易遺忘的一種，而且一旦沒釋放可能導(dǎo)致一系列的后繼類對象沒有釋放。此外程序員還要小心外部模塊不經(jīng)意的引用，例如程序員A 負(fù)責(zé)A 模塊，調(diào)用了B 模塊的一個方法如：

public void registerMsg(Object b); 

這種調(diào)用就要非常小心了，傳入了一個對象，很可能模塊B就保持了對該對象的引用，這時候就需要注意模塊B是否提供相應(yīng)的操作去除引用。

2.2.5 單例模式

不正確使用單例模式是引起內(nèi)存泄漏的一個常見問題，單例對象在初始化后將在 JVM 的整個生命周期中存在（以靜態(tài)變量的方式），如果單例對象持有外部的引用，那么這個對象將不能被 JVM 正?；厥?，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，考慮下面的例子： 

public class A {  
    public A() {  
        B.getInstance().setA(this);  
    }  
    ...  
}  
//B類采用單例模式  
class B{  
    private A a;  
    private static B instance = new B();     
    public B(){}  
    public static B getInstance() {  
        return instance;  
    }    
     public void setA(A a) {  
        this.a = a;  
    }  
    public A getA() { 
        return a;  
    }  
} 

3. Java 內(nèi)存分配策略

Java 程序運行時的內(nèi)存分配策略有三種,分別是靜態(tài)分配,棧式分配,和堆式分配，對應(yīng)的，三種存儲策略使用的內(nèi)存空間主要分別是靜態(tài)存儲區(qū)（也稱方法區(qū)）、棧區(qū)和堆區(qū)。

靜態(tài)存儲區(qū)（方法區(qū)）：主要存放靜態(tài)數(shù)據(jù)、全局 static 數(shù)據(jù)和常量。這塊內(nèi)存在程序編譯時就已經(jīng)分配好，并且在程序整個運行期間都存在。

棧區(qū) ：當(dāng)方法被執(zhí)行時，方法體內(nèi)的局部變量（其中包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型、對象的引用）都在棧上創(chuàng)建，并在方法執(zhí)行結(jié)束時這些局部變量所持有的內(nèi)存將會自動被釋放。因為棧內(nèi)存分配運算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。

堆區(qū) ：又稱動態(tài)內(nèi)存分配，通常就是指在程序運行時直接 new 出來的內(nèi)存，也就是對象的實例。這部分內(nèi)存在不使用時將會由 Java 垃圾回收器來負(fù)責(zé)回收。

3.1 棧與堆的區(qū)別

在方法體內(nèi)定義的（局部變量）一些基本類型的變量和對象的引用變量都是在方法的棧內(nèi)存中分配的。當(dāng)在一段方法塊中定義一個變量時，Java 就會在棧中為該變量分配內(nèi)存空間，當(dāng)超過該變量的作用域后，該變量也就無效了，分配給它的內(nèi)存空間也將被釋放掉，該內(nèi)存空間可以被重新使用。

堆內(nèi)存用來存放所有由 new 創(chuàng)建的對象（包括該對象其中的所有成員變量）和數(shù)組。在堆中分配的內(nèi)存，將由 Java 垃圾回收器來自動管理。在堆中產(chǎn)生了一個數(shù)組或者對象后，還可以在棧中定義一個特殊的變量，這個變量的取值等于數(shù)組或者對象在堆內(nèi)存中的首地址，這個特殊的變量就是我們上面說的引用變量。我們可以通過這個引用變量來訪問堆中的對象或者數(shù)組。

舉個栗子： 

public class Sample {  
    int s1 = 0;  
    Sample mSample1 = new Sample();      
    public void method() {  
        int s2 = 1;  
        Sample mSample2 = new Sample();  
    }  
}  
Sample mSample3 = new Sample(); 

Sample 類的局部變量 s2 和引用變量 mSample2 都是存在于棧中，但 mSample2 指向的對象是存在于堆上的。

mSample3 指向的對象實體存放在堆上，包括這個對象的所有成員變量 s1 和 mSample1，而它自己存在于棧中。

結(jié)論：

局部變量的基本數(shù)據(jù)類型和引用存儲于棧中，引用的對象實體存儲于堆中。—— 因為它們屬于方法中的變量，生命周期隨方法而結(jié)束。

成員變量全部存儲于堆中（包括基本數(shù)據(jù)類型，引用和引用的對象實體）—— 因為它們屬于類，類對象終究是要被new出來使用的。

了解了 Java 的內(nèi)存分配之后，我們再來看看 Java 是怎么管理內(nèi)存的。

3.2 Java如何管理內(nèi)存

Java的內(nèi)存管理就是對象的分配和釋放問題。在 Java 中，程序員需要通過關(guān)鍵字 new 為每個對象申請內(nèi)存空間 (基本類型除外)，所有的對象都在**堆 (Heap)**中分配空間。另外，對象的釋放是由 GC 決定和執(zhí)行的。

在 Java 中，內(nèi)存的分配是由程序完成的，而內(nèi)存的釋放是由 GC 完成的，這種收支兩條線的方法確實簡化了程序員的工作。但同時，它也加重了JVM的工作。這也是 Java 程序運行速度較慢的原因之一。因為GC 為了能夠正確釋放對象，GC 必須監(jiān)控每一個對象的運行狀態(tài)，包括對象的申請、引用、被引用、賦值等，GC 都需要進(jìn)行監(jiān)控。

監(jiān)視對象狀態(tài)是為了更加準(zhǔn)確地、及時地釋放對象，而釋放對象的根本原則就是該對象不再被引用。

為了更好理解 GC 的工作原理，我們可以將對象考慮為有向圖的頂點，將引用關(guān)系考慮為圖的有向邊，有向邊從引用者指向被引對象。另外，每個線程對象可以作為一個圖的起始頂點，例如大多程序從 main 進(jìn)程開始執(zhí)行，那么該圖就是以 main 進(jìn)程頂點開始的一棵根樹。

在這個有向圖中，根頂點可達(dá)的對象都是有效對象，GC將不回收這些對象。如果某個對象 (連通子圖)與這個根頂點不可達(dá)(注意，該圖為有向圖)，那么我們認(rèn)為這個(這些)對象不再被引用，可以被 GC 回收。

以下，我們舉一個例子說明如何用有向圖表示內(nèi)存管理。對于程序的每一個時刻，我們都有一個有向圖表示JVM的內(nèi)存分配情況。以下右圖，就是左邊程序運行到第6行的示意圖。 

public class Test {  
    public static void main(String[] args) {  
        // TODO Auto-generated method stub  
        Object o1 = new Object();  
        Object o2 = new Object();  
        o2 = o1;//此行為第6行  
    }  
} 

有向圖

4. 如何防止內(nèi)存泄漏的發(fā)生？

在了解了引起內(nèi)存泄漏的一些原因后，應(yīng)該盡可能地避免和發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏。

4.1 好的編碼習(xí)慣

最基本的建議就是盡早釋放無用對象的引用，大多數(shù)程序員在使用臨時變量的時候，都是讓引用變量在退出活動域后，自動設(shè)置為 null 。

在使用這種方式時候，必須特別注意一些復(fù)雜的對象圖，例如數(shù)組、列、樹、圖等，這些對象之間有相互引用關(guān)系較為復(fù)雜。對于這類對象，GC 回收它們一般效率較低。如果程序允許，盡早將不用的引用對象賦為null。另外建議幾點：

•  在確認(rèn)一個對象無用后，將其所有引用顯式的置為null；
•  當(dāng)類從 Jpanel 或 Jdialog 或其它容器類繼承的時候，刪除該對象之前不妨調(diào)用它的 removeall() 方法；
•  在設(shè)一個引用變量為 null 值之前，應(yīng)注意該引用變量指向的對象是否被監(jiān)聽，若有，要首先除去監(jiān)聽器，然后才可以賦空值；
•  當(dāng)對象是一個 Thread 的時候，刪除該對象之前不妨調(diào)用它的interrupt() 方法；
•  內(nèi)存檢測過程中不僅要關(guān)注自己編寫的類對象，同時也要關(guān)注一些基本類型的對象，例如：int[]、String、char[] 等等；
•  如果有數(shù)據(jù)庫連接，使用 try…finally 結(jié)構(gòu)，在 finally 中關(guān)閉 Statement 對象和連接。

4.2 好的測試工具

在開發(fā)中不能完全避免內(nèi)存泄漏，關(guān)鍵要在發(fā)現(xiàn)有內(nèi)存泄漏的時候能用好的測試工具迅速定位問題的所在。市場上已有幾種專業(yè)檢查 Java 內(nèi)存泄漏的工具，它們的基本工作原理大同小異，都是通過監(jiān)測 Java 程序運行時，所有對象的申請、釋放等動作，將內(nèi)存管理的所有信息進(jìn)行統(tǒng)計、分析、可視化。

開發(fā)人員將根據(jù)這些信息判斷程序是否有內(nèi)存泄漏問題。這些工具包括 Optimizeit Profiler、JProbe Profiler、JinSight、Rational 公司的 Purify 等。

4.3 注意像 HashMap 、ArrayList 的集合對象

特別注意一些像 HashMap 、ArrayList 的集合對象，它們經(jīng)常會引發(fā)內(nèi)存泄漏。當(dāng)它們被聲明為 static 時，它們的生命周期就會和應(yīng)用程序一樣長。

4.4 注意 事件監(jiān)聽 和 回調(diào)函數(shù)

特別注意 事件監(jiān)聽 和 回調(diào)函數(shù) 。當(dāng)一個監(jiān)聽器在使用的時候被注冊，但不再使用之后卻未被反注冊。

“如果一個類自己管理內(nèi)存，那開發(fā)人員就得小心內(nèi)存泄漏問題了。” 通常一些成員變量引用其他對象，初始化的時候需要置空。另外，關(guān)注Java知音公眾號，回復(fù)“后端面試”，送你一份面試題寶典！