专栏名称: D_clock爱吃葱花
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彻底搞懂Java内存泄露

D_clock爱吃葱花  · 掘金  ·  · 2017-12-13 07:00

正文

各位同学早上好，今天推送的是来自编程之乐同学授权分享的文章（ 原文地址： http://www.jianshu.com/p/efec4c77e265 ），详细的讲解了Java中的内存泄漏是怎么产生的。这里提前跟大家分享三件事情，第一件事是在本周一推送了接受投稿的文章后，已经陆续有一些同学开始投稿了，当然，我看到一些不错的文章也会邀请作者授权分享。第二件事情是，给大家准备了一点小福利，从电子工业出版社博文视点的晓猛老师那里要了一些Android开发的书籍，后面会搞个小活动，把书赠送给大家。第三个事情还在准备中，先卖个关子，定下来再告诉大家。

Java内存回收方式

Java判断对象是否可以回收使用的而是可达性分析算法。

在主流的商用程序语言中(Java和C#)，都是使用可达性分析算法判断对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，下图对象object5, object6, object7虽然有互相判断，但它们到GC Roots是不可达的，所以它们将会判定为是可回收对象。

在Java语言里，可作为GC Roots对象的包括如下几种（摘自《深入理解Java虚拟机》）：

  • 虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象

  • 方法区中的类静态属性引用的对象

  • 方法区中的常量引用的对象

  • 本地方法栈中JNI的引用的对象

使用leakcanary检测泄漏

关于LeakCanary使用参考以下文章：

  • LeakCanary:让内存泄露无所遁形( https://www.liaohuqiu.net/cn/posts/leak-canary )

  • LeakCanary中文使用说明( https://www.liaohuqiu.net/cn/posts/leak-canary-read-me/ )

LeakCanary的内存泄露提示一般会包含三个部分:第一部分(LeakSingle类的sInstance变量)引用第二部分(LeakSingle类的mContext变量),导致第三部分(MainActivity类的实例instance)泄露.

leakcanary使用注意

即使是空的Activity，如果检测泄露时候遇到了如下这样的泄露，注意，把refWatcher.watct()放在onDestroy里面即可解决，或者忽略这样的提示。由于文章已写很多，下面的就不再修改，忽略这种错误即可。 

* com.less.demo.TestActivity has leaked:
* GC ROOT static android.app.ActivityThread.sCurrentActivityThread
* references android.app.ActivityThread.mActivities
* references android.util.ArrayMap.mArray
* references array java.lang.Object[].[1]
* references android.app.ActivityThread$ActivityClientRecord.activity
* leaks com.less.demo.TestActivity instance
protected void onDestroy() {        super.onDestroy();
    RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);
    refWatcher.watch(this);
}

leakcanary和代码示例说明内存泄露

案例一：静态成员引起的内存泄露 

public class App extends Application {        private RefWatcher refWatcher;            @Override
    public void onCreate() {                super.onCreate();
        refWatcher = LeakCanary.install(this);
    }        public static RefWatcher getRefWatcher(Context context) {
        App application = (App) context.getApplicationContext();        return application.refWatcher;
    }
}

测试内部类持有外部类引用，内部类是静态的(GC-ROOT,将一直连着这个外部类实例)，静态的会和Application一个生命周期，这会导致一直持有外部类引用(内部类隐含了一个成员变量$0), 即使外部类制空= null，也无法释放。

OutterClass 

public class OutterClass {        private String name;        class Inner{                public void list(){
            System.out.println("outter name is " + name);
        }
    }
}

TestActivity 

public class TestActivity extends Activity {    // 静态的内部类实例
    private static OutterClass.Inner innerClass;    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        OutterClass outterClass = new OutterClass();
        innerClass = outterClass.new Inner();

        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);
        refWatcher.watch(outterClass);// 监控的对象

        outterClass = null;
    }
}

案例二：单例模式引起的内存泄露

DownloadManager 

public class DownloadManager {         private static DownloadManager instance;         private Task task ;         public static DownloadManager getInstance(){                if (instance == null) {
            instance = new DownloadManager();
        }                return instance;
    }        public Task newTask(){                this.task = new Task();                return task;
    }
}

Task 

public class Task {        private Call call;        public Call newCall(){                this.call = new Call();                return call;
    }
}

Call 

public class Call {        public void execute(){
        System.out.println("=========> execute call");
    }
}

TestActivity 

public class TestActivity extends Activity {        @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);

        Task task = DownloadManager.getInstance().newTask();
        Call call = task.newCall();
        call.execute();
        refWatcher.watch(call);// 监控的对象
        call = null; // 无法回收，DownloadManager是静态单例，引用task，task引用了call，即使call置为空，也无法回收，切断GC_ROOT 联系即可避免内存泄露，即置task为空。
    }
}

部分日志打印如下:当前的GC_ROOT是DownloadManager的instance实例。 

In com.leakcanary.demo:1.0:1.
* com.less.demo.Call has leaked:
* GC ROOT static com.less.demo.DownloadManager.instance
* references com.less.demo.DownloadManager.task
* references com.less.demo.Task.call
* leaks com.less.demo.Call instance

关于上面两种方式导致的内存泄露问题，这里再举两个案例说明以加强理解。

案例三：静态变量导致的内存泄露 

public class TestActivity extends Activity {        private static Context sContext;        @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        sContext = this;

        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);

        refWatcher.watch(this);// 监控的对象
    }
}

打印日志如下： 

In com.leakcanary.demo:1.0:1.
com.less.demo.TestActivity has leaked:
GC ROOT static com.less.demo.TestActivity.sContext
leaks com.less.demo.TestActivity instance

从这段日志可以分析出：声明static后，sContext的生命周期将和Application一样长，Activity即使退出到桌面，Application依然存在->sContext依然存在，GC此时想回收Activity却发现Activity仍然被sContext(GC-ROOT连接着)，导致死活回收不了，内存泄露。

上面的代码改造一下，如下。 

public class TestActivity extends Activity {        private static View sView;        @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        sView = new View(this);

        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);

        refWatcher.watch(this);
    }
}

日志如下 

In com.leakcanary.demo:1.0:1.
com.less.demo.TestActivity has leaked:
GC ROOT static com.less.demo.TestActivity.sView
references android.view.View.mContext
leaks com.less.demo.TestActivity instance

案例四：单例模式导致的内存泄露

DownloadManager 

public class DownloadManager {        private static DownloadManager instance;        private List<DownloadListener> mListeners = new ArrayList<>();        public interface DownloadListener {                void done();
    }                public static DownloadManager getInstance(){                if (instance == null) {
            instance = new DownloadManager();
        }                return instance;
    }                public void register(DownloadListener downloadListener){                if (!mListeners.contains(downloadListener)) {
            mListeners.add(downloadListener);
        }
    }        public void unregister(DownloadListener downloadListener){        if (mListeners.contains(downloadListener)) {
            mListeners.remove(downloadListener);
    }
}

TestActivity 

public class TestActivity extends Activity implements DownloadManager.DownloadListener{        @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        DownloadManager.getInstance().register(this);

        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);
        refWatcher.watch(this);
    }        @Override
    protected void onDestroy() {                super.onDestroy();        // 忘记 unregister
        // DownloadManager.getInstance().unregister(this);
    }                @Override
    public void done() {
        System.out.println("done!");
    }
}

In com.leakcanary.demo:1.0:1.
* com.less.demo.TestActivity has leaked:
* GC ROOT static com.less.demo.DownloadManager.instance
* references com.less.demo.DownloadManager.mListeners
* references java.util.ArrayList.array
* references array java.lang.Object[].[0]
* leaks com.less.demo.TestActivity instance

错误写法一定导致内存泄露吗？

答案是：否定的。如下案例，有限时间内是可以挽救内存泄露发生的，所以控制好生命周期，其他情况：如单例对象(静态变量)的生命周期比其持有的sContext的生命周期更长时 ->内存泄露，更短时->躲过内存泄露。 

public class TestActivity extends Activity {        private static Context sContext;        @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        sContext = this;                new Handler().postDelayed(new Runnable() {                        @Override
            public void run() {
                sContext = null; 
            }
        },1000);// 分别测试1s和12s,前者不会内存泄露，后者一定泄露。所以如果赶在GC之前切断GC_ROOT是可以避免内存泄露的。
    }            @Override
    protected void onDestroy() {                super.onDestroy();
        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);
        refWatcher.watch(this);
    }
}

Handler引起的内存泄露详细分析

handler导致的内存泄露可能我们大多数都犯过.注意以下代码中的注释,非静态内部类虽然持有外部类引用，但是持有并不代表一定泄露，而是看gc时谁的命长。经过测试 情况(1)始终没有内存泄露。

为什么会这样， 很早阅读Handler源码时候记得这几个货都是互相引用来引用去的，Message有个target字段, message.target = handler;handler.post(message);又把这个message推入了MessageQueue中，而MessageQueue是在一个Looper线程中不断轮询处理消息，而有时候message还是个老不死，能够重复利用。如果当Activity退出时候，还有消息未处理或正在处理，由于message引用handler,handler又引用Activity，此时将引发内存泄露。 

public class TestActivity extends Activity {        private Handler handler = new Handler() {                @Override
        public void handleMessage(Message msg) {                        super.handleMessage(msg);
            System.out.println("===== handle message ====");
        }
    };            @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);        // (1) 不会导致内存泄露
        handler.sendEmptyMessageDelayed(0x123,0);        // (2) 会导致内存泄露，非静态内部类（包括匿名内部类，比如这个 Handler 匿名内部类）会引用外部类对象 this（比如 Activity）
        // 当它使用了 postDelayed 的时候，如果 Activity 已经 finish 了，而这个 handler 仍然引用着这个 Activity 就会致使内存泄漏
        // 因为这个 handler 会在一段时间内继续被 main Looper 持有，导致引用仍然存在.
        handler.sendEmptyMessageDelayed(0x123, 12000);
    }            @Override
    protected void onDestroy() {                super.onDestroy();
        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);
        refWatcher.watch(this);
    }
}

com.less.demo.TestActivity has leaked:
* GC ROOT android.view.inputmethod.InputMethodManager$ControlledInputConnectionWrapper.mH
* references com.android.internal.view.IInputConnectionWrapper$MyHandler.mQueue
* references android.os.MessageQueue.mMessages
* references android.os.Message.target , matching exclusion field android.os.Message#target
* references com.less.demo.TestActivity$1.this$0 (anonymous subclass of android.os.Handler)
* leaks com.less.demo.TestActivity instance

知道了原理后，即使写出易于内存泄露的代码也能够避免内存泄露啦。上述代码只需在onDestroy()函数中调用mHandler.removeCallbacksAndMessages(null);在Activity退出的时候的移除消息队列中所有消息和所有的Runnable。

内部类引起的内存泄露

内部类种类大致如下：

  • 非静态内部类(成员内部类)

  • 静态内部类(嵌套内部类)

  • 局部内部类(定义在方法内或者作用域内的类,好似局部变量,所以不能有访问控制符和static等修饰)

  • 匿名内部类(没有名字,仅使用一次new个对象即扔掉类的定义)

为什么非静态内部类持有外部类引用,静态内部类不持有外部引用?

这个问题非常简单，就像 static的方法只能调用static的东西，非static可以调用非static和static的一样。static→ 针对class, 非static->针对 对象，我是这么简单理解的。看图：

匿名内部类

将局部内部类的使用再深入一步，假如只创建某个局部内部类的一个对象，就不必命名了。

匿名内部类的类型可以是如下几种方式。

  • 接口匿名内部类

  • 抽象类匿名内部类

  • 类匿名内部类 

匿名内部类总结:

其实主要就是类定义一次就失效了，主要使用的是这个类(不知道名字)的实例。根据内部类的特性，能够实现回调和闭包。JavaScript和Python的回调传递的是fuction,Java传递的是object。Java中常常用到回调，而回调的本质就是传递一个对象，JavaScript或其他语言则是传递一个函数(如Python，或者C,使用函数指针的方式),由于传递一个对象可以携带其他的一些信息，所以Java认为传递一个对象比传递一个函数要灵活的多(当然java也可以用Method反射对象传递函数)。参考《Java核心技术》

非静态内部类导致内存泄露(前提dog的命长)

下面的案例将导致内存泄露其中private static Dog dog ; 导致Dog的命比TestActivity长，这就糟糕了，但是注意，如果改为private Dog dog ; 即使Dog是非静态内部类，也不会导致内存泄露，要死也是Dog先死,毕竟Dog是TestActivity的家庭成员，开挂也得看主人。 

public class TestActivity extends Activity {        private static Dog dog ;        class Dog {                public void say(){
            System.out.println("I am lovely dog!");
        }
    }            @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {                super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_test);
        dog = new Dog();
    }                @Override
    protected void onDestroy() {                super.onDestroy();
        RefWatcher refWatcher = App.getRefWatcher(this);
        refWatcher.watch(this);
    }
}

In com.leakcanary.demo:1.0:1.* com.less.demo.TestActivity has leaked:
* GC ROOT static com.less.demo.TestActivity.dog
* references com.less.demo.TestActivity$Dog.this$0* leaks com.less.demo.TestActivity instance

哪些内部类或者回调函数是否持有外部类对象？

一个反射案例说明一切 

/**
 * 作者: limitless
 * 描述: 一个案例测试所有类型内部类对外部类对象的持有情况
 * 网站: https://github.com/wangli0
 */public class Main {    /* 持有外部类引用 */
    private IAppListener mAppListener = new IAppListener() {                private String name;                        @Override
        public void done() {
            System.out.println("匿名内部类对象作为成员变量");
        }
    };    /* 未持有 */
    private static IAppListener sAppListener = new IAppListener() {        private String name;        @Override
        public void done() {
            System.out.println("匿名内部类对象作为static成员变量");
        }
    };       public static void main(String args[]) {
        Main main = new Main();
        main.test1();
        main.test2();
        main.test3();// test3 《=》test4
        main.test4();
        main.test5();
        main.test6();
    }           class Dog {                private String name;
    }    /* 持有外部类引用 */
    public void test1(){
        Dog dog = new Dog();
        getAllFieldName(dog.getClass());
    }        static class Cat {                 private String name;
    }        /* 未持有 */
    private void test2() {
        Cat cat = new Cat();
        getAllFieldName(cat.getClass());
    }            /* 持有外部类引用 */
    private void test3() {                class Monkey{
            String name;
        }
        Monkey monkey = new Monkey();
        getAllFieldName(monkey.getClass());
    }    /* 持有外部类引用 */
        private void test4() {                // 常用作事件回调的地方(有可能引起内存泄露)
        IAppListener iAppListener = new IAppListener() {                        private String name;                        @Override
            public void done() {
                System.out.println("匿名内部类");
            }
        };
        getAllFieldName(iAppListener.getClass());
    }            /* 持有外部类引用 */
    private void test5() {
        getAllFieldName(mAppListener.getClass());
    }            /* 未持有 */
    private void test6() {
        getAllFieldName(sAppListener.getClass());
    }            private void getAllFieldName(Class<?> clazz) {
        System.out.println("className: ======> " + clazz.getSimpleName());
        Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();                for (Field field : fields) {
            System.out.println(field.getName());
        }
    }
}







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