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面试必问:用 Java 写一个内存泄漏程序

发布百知教育 来源:学习课程 2019-11-26

问题:


刚参加的一个面试,要我用Java写一个内存泄露程序。


这题完全没有思路,


有好心人能给出一个例子吗?


回答:


造成内存泄漏,就是让运行的程序无法访问存储在内存中的对象,下面是Java实现:


  1. 创建一个长时间运行的线程(使用线程池泄露的速度更快)。

  2. 线程通过ClassLoader加载某个类(也可以用自定义ClassLoader)。

  3. 这个类分配了大量内存(例如new byte[1000000]),赋给静态字段存储对它的强引用,然后在ThreadLocal中存储对自身的引用。还可以分配额外的内存,这样泄漏的速度更快(其实只要泄漏Class实例就足够了)。

  4. 这个线程会清除所有自定义类及加载它的ClassLoader的引用。

  5. 重复执行。


这个方法之所以奏效,是因为ThreadLocal保留了对该对象的引用,对象引用保留了对Class的引用,而Class引用又保留了对ClassLoader的引用。反过来,ClassLoader会保留通过它加载的所有类的引用。


(在许多JVM实现中情况更糟,尤其Java 7之前版本。因为Class和ClassLoader会直接分配到permgen中,GC不进行回收)。但是,无论JVM如何处理类卸载,ThreadLocal仍然会阻止被回收的Class对象)。


这种方案还可以变化为,频繁地重新部署碰巧用到ThreadLocal的应用程序。这时像Tomcat这样的应用程序容器会像筛子一样泄漏内存。(因为应用程序容器会像上面那样启动线程,并且每次重新部署应用程序时,都会使用新的ClassLoader)


更新:鉴于大家强烈要求,这里给出一个演示程序。


ClassLoaderLeakExample.java

import java.io.IOException;
import java.net.URLClassLoader;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.Path;

/**
* ClassLoader泄漏演示
*
* <p>要查看实际运行效果,请将此文件复制到某个临时目录,
* 然后运行:
* <pre>{@code
*   javac ClassLoaderLeakExample.java
*   java -cp .ClassLoaderLeakExample
* }</pre>
*
* <p>可以看到内存不断增加!在我的系统上,使用JDK 1.8.0_25,开始
* 短短几秒钟就收到了OutofMemoryErrors
*
* <p>这个类用到了一些Java 8功能,主要用于
* I/O 操作同样的原理可以适用于
* Java 1.2以后的任何Java版本
*/

public final class ClassLoaderLeakExample {

 static volatile boolean running = true;

 public static void main(String[] args) throws Exception {
   Thread thread = new LongRunningThread();
   try {
     thread.start();
     System.out.println("Running, press any key to stop.");
     System.in.read();
   } finally {
     running = false;
     thread.join();
   }
 }

 /**
  * 线程的实现只是循环调用
  * {@link #loadAndDiscard()}
  */

 static final class LongRunningThread extends Thread {
   @Override public void run() {
     while(running) {
       try {
         loadAndDiscard();
       } catch (Throwable ex) {
         ex.printStackTrace();
       }
       try {
         Thread.sleep(100);
       } catch (InterruptedException ex) {
         System.out.println("Caught InterruptedException, shutting down.");
         running = false;
       }
     }
   }
 }
 
 /**
  * 这是一个简单的ClassLoader实现,只能加载一个类
  * 即LoadedInChildClassLoader类.这里需要解决一些麻烦
  * 必须确保每次得到一个新的类
  * (而非系统class loader提供的
  * 重用类).如果此子类所在JAR文件不在系统的classpath中,
  * 不需要这么麻烦.
  */

 static final class ChildOnlyClassLoader extends ClassLoader {
   ChildOnlyClassLoader() {
     super(ClassLoaderLeakExample.class.getClassLoader());
   }
   
   @Override protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
       throws ClassNotFoundException {
     if (!LoadedInChildClassLoader.class.getName().equals(name)) {
       return super.loadClass(name, resolve);
     }
     try {
       Path path = Paths.get(LoadedInChildClassLoader.class.getName()
           + ".class");
       byte[] classBytes = Files.readAllBytes(path);
       Class<?> c = defineClass(name, classBytes, 0, classBytes.length);
       if (resolve) {
         resolveClass(c);
       }
       return c;
     } catch (IOException ex) {
       throw new ClassNotFoundException("Could not load " + name, ex);
     }
   }
 }
 
 /**
  * Helper方法会创建一个新的ClassLoader, 加载一个类,
  * 然后丢弃对它们的所有引用.从理论上讲,应该不会影响GC
  * 因为没有引用可以逃脱该方法! 但实际上,
  * 结果会像筛子一样泄漏内存.
  */

 static void loadAndDiscard() throws Exception {
   ClassLoader childClassLoader = new ChildOnlyClassLoader();
   Class<?> childClass = Class.forName(
       LoadedInChildClassLoader.class.getName(), true, childClassLoader);
   childClass.newInstance();
   // 该方法返回时,将无法访问
   // childClassLoader或childClass的引用,
   // 但是这些对象仍会成为GC Root!
 }

 /**
  * 一个看起来人畜无害的类,没有做什么特别的事情.
  */

 public static final class LoadedInChildClassLoader {
   // 获取一些bytes.对于泄漏不是必需的,
   // 只是让效果出得更快一些.
   // 注意:这里开始真正泄露内存,这些bytes
   // 每次迭代都为这个final静态字段创建了!
   static final byte[] moreBytesToLeak = new byte[1024 * 1024 * 10];
 
   private static final ThreadLocal<LoadedInChildClassLoader> threadLocal
       = new ThreadLocal<>();
   
   public LoadedInChildClassLoader() {
     // 在ThreadLocal中存储对这个类的引用
     threadLocal.set(this);
   }
 }
}


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注释:本文内容来自微信公众号ImportNew

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