常见的内存泄漏及其解决方案

内存泄漏是Java开发中一个常见且令人头疼的问题，即使在使用垃圾回收机制的Java中，也无法完全避免内存泄漏的出现。当对象不再需要时却仍然占据着内存，导致内存使用量不断增加，最终可能导致 OutOfMemoryError。本文将深入探讨Java中常见的内存泄漏及其解决方案，附带详细的代码示例，帮助你更好地理解和解决内存泄漏问题。

1. 常见的内存泄漏场景

静态集合类引起的内存泄漏
未关闭的IO资源
监听器和回调的非预期持有
ThreadLocal引起的内存泄漏
自定义类加载器引起的内存泄漏

2. 静态集合类引起的内存泄漏

静态集合类（如 HashMap, ArrayList 等）在应用程序生命周期内是静态的，如果没有适当地移除不再需要的对象，会导致这些对象无法被垃圾回收，从而引起内存泄漏。

示例代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class StaticCollectionLeak {private static final Map<Integer, String> cache = new HashMap<>();public void addToCache(int id, String value) {cache.put(id, value);}public static void main(String[] args) {StaticCollectionLeak leak = new StaticCollectionLeak();for (int i = 0; i < 100000; i++) {leak.addToCache(i, "value" + i);}// 内存使用量会不断增加}
}

解决方案：

确保及时移除不再需要的对象，或者使用 WeakHashMap 替代 HashMap。

import java.util.WeakHashMap;
import java.util.Map;public class StaticCollectionSolution {private static final Map<Integer, String> cache = new WeakHashMap<>();public void addToCache(int id, String value) {cache.put(id, value);}public static void main(String[] args) {StaticCollectionSolution solution = new StaticCollectionSolution();for (int i = 0; i < 100000; i++) {solution.addToCache(i, "value" + i);}// 内存使用量不会持续增加}
}

3. 未关闭的IO资源

未关闭的 InputStream 或 OutputStream 等IO资源，会导致内存泄漏。

示例代码：

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;public class UnclosedIOLeak {public void readFile(String filePath) throws IOException {FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);// Do something with fis// 未关闭FileInputStream}public static void main(String[] args) {UnclosedIOLeak leak = new UnclosedIOLeak();try {leak.readFile("somefile.txt");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

解决方案：

使用 try-with-resources 确保IO资源被自动关闭。

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;public class ClosedIOSolution {public void readFile(String filePath) throws IOException {try (FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath)) {// Do something with fis} // FileInputStream将在这里被自动关闭}public static void main(String[] args) {ClosedIOSolution solution = new ClosedIOSolution();try {solution.readFile("somefile.txt");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}
}

4. 监听器和回调的非预期持有

注册的监听器或回调在不再需要时如果未被删除，会导致内存泄漏。

示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListenerLeak {private final List<Runnable> listeners = new ArrayList<>();public void registerListener(Runnable listener) {listeners.add(listener);}// 没有方法来移除监听器public static void main(String[] args) {ListenerLeak leak = new ListenerLeak();leak.registerListener(() -> System.out.println("Listener 1"));leak.registerListener(() -> System.out.println("Listener 2"));}
}

解决方案：

提供移除监听器的方法，并在不需要时及时移除。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListenerSolution {private final List<Runnable> listeners = new ArrayList<>();public void registerListener(Runnable listener) {listeners.add(listener);}public void unregisterListener(Runnable listener) {listeners.remove(listener);}public static void main(String[] args) {ListenerSolution solution = new ListenerSolution();Runnable listener1 = () -> System.out.println("Listener 1");Runnable listener2 = () -> System.out.println("Listener 2");solution.registerListener(listener1);solution.registerListener(listener2);// 移除监听器，避免内存泄漏solution.unregisterListener(listener1);solution.unregisterListener(listener2);}
}

5. ThreadLocal引起的内存泄漏

ThreadLocal 对象如果不及时移除，会导致内存泄漏，尤其是在使用线程池的情况下。

示例代码：

public class ThreadLocalLeak {private static final ThreadLocal<byte[]> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new byte[1024 * 1024]);public static void main(String[] args) {threadLocal.get(); // 分配1MB内存// 未调用remove方法，导致内存泄漏}
}

解决方案：

在不需要时调用 ThreadLocal.remove() 方法移除对象。

public class ThreadLocalSolution {private static final ThreadLocal<byte[]> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new byte[1024 * 1024]);public static void main(String[] args) {try {threadLocal.get(); // 分配1MB内存} finally {threadLocal.remove(); // 在使用后移除，避免内存泄漏}}
}

6. 自定义类加载器引起的内存泄漏

自定义类加载器如果未能正确卸载类，会导致内存泄漏。

示例代码：

public class CustomClassLoaderLeak {public static void main(String[] args) throws Exception {while (true) {CustomClassLoader loader = new CustomClassLoader();Class<?> clazz = loader.loadClass("LeakClass");Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();// 每次循环都会创建新的类加载器，但旧的类加载器未被释放}}static class CustomClassLoader extends ClassLoader {// 自定义类加载器实现}
}

解决方案：

确保自定义类加载器不再使用时，可以被垃圾回收器回收。

public class CustomClassLoaderSolution {public static void main(String[] args) throws Exception {while (true) {CustomClassLoader loader = new CustomClassLoader();Class<?> clazz = loader.loadClass("LeakClass");Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();// 使loader对象可以被回收loader = null;System.gc(); // 提示GC进行垃圾回收}}static class CustomClassLoader extends ClassLoader {// 自定义类加载器实现}
}