一次内存泄露问题的排查

系统对外提供的Solr查询接口，在来自外部调用的压力加大之后，就会出现solr查询报Read Timed Out的异常，从表面现象上看是此时solr核压力过大，无法响应过多的查询请求。

但实际上此时并发查询压力并不是很大，那么为何solr核会无法及时响应查询请求呢？首先用top查看了下load average，也是很低，也佐证了系统本身压力并不大。

然后，用jstack –l <pid>查看那些cpu使用率过高的线程，发现全都是GC线程，说明GC过于频繁，而且耗时过长，导致应用线程被挂起，无法响应客户端发来的请求，这种情况就应该是有存在内存泄露的问题咯。

于是，就用jmap将进程的堆转储文件dump出来到heap.bin文件中

JMap -dump:format=b,file=/tmp/heap.bin <pid>

然后用Eclipse Memory Analyzer（MAT）打开堆转储文件进行分析

通常我们都会采用下面的“三步曲”来分析内存泄露问题：

首先，对问题发生时刻的系统内存状态获取一个整体印象。

第二步，找到最有可能导致内存泄露的元凶，通常也就是消耗内存最多的对象

接下来，进一步去查看这个内存消耗大户的具体情况，看看是否有什么异常的行为。

下面将用一个基本的例子来展示如何采用“三步曲”来查看生产的分析报告。

查看报告之一：内存消耗的整体状况

如上图所示，在报告上最醒目的就是一张简洁明了的饼图，从图上我们可以清晰地看到一个可疑对象消耗了系统75%的内存。

现在，让我们开始真正的寻找内存泄露之旅，点击“Leak Suspects”链接，可以看到如下图所示对可疑对象的详细分析报告。

我们查看下从GC根元素到内存消耗聚集点的最短路径

我们可以很清楚的看到整个引用链，内存聚集点是一个拥有大量对象的列表，如果你对代码比较熟悉的话，相信这些信息应该能给你提供一些找到内存泄露的思路了。

接下来，我们再继续看看，这个对象集合里到底存放了什么，为什么会消耗掉如此多的内存。

在这张图上，我们可以清楚的看到，这个列表中保存了大量HashMap对象的引用，就是它导致的内存泄露。

至此，我们已经拥有了足够的信息去寻找泄露点，回到代码中就发现，List没有clear或者设置为null，导致其包含的强引用的各个HashMap没有得到释放。至此，问题得到解决。

下面我们来继续深入研究java的内存泄露问题。Java的一个重要优点就是通过垃圾收集器(Garbage Collection，GC)自动管理内存的回收，程序员不需要通过调用函数来释放内存。因此，很多程序员认为Java不存在内存泄漏问题，或者认为即使有内存泄漏也不是程序的责任，而是GC或JVM的问题。其实，这种想法是不正确的，因为Java也存在内存泄露，但它的表现与C++不同。

随着越来越多的服务器程序采用Java技术，例如JSP，Servlet，EJB等，服务器程序往往长期运行。另外，在很多嵌入式系统中，内存的总量非常有限。内存泄露问题也就变得十分关键，即使每次运行少量泄漏，长期运行之后，系统也是面临崩溃的危险。

为了判断Java中是否有内存泄露，我们首先必须了解Java是如何管理内存的。Java的内存管理就是对象的分配和释放问题。在Java中，程序员需要通过关键字new为每个对象申请内存空间(基本类型除外)，所有的对象都在堆(Heap)中分配空间。另外，对象的释放是由GC决定和执行的。在Java中，内存的分配是由程序完成的，而内存的释放是有GC完成的，这种收支两条线的方法确实简化了程序员的工作。但同时，它也加重了JVM的工作。这也是Java程序运行速度较慢的原因之一。因为，GC为了能够正确释放对象，GC必须监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等，GC都需要进行监控。

监视对象状态是为了更加准确地、及时地释放对象，而释放对象的根本原则就是该对象不再被引用。

为了更好理解GC的工作原理，我们可以将对象考虑为有向图的顶点，将引用关系考虑为图的有向边，有向边从引用者指向被引对象。另外，每个线程对象可以作为一个图的起始顶点，例如大多程序从main进程开始执行，那么该图就是以main进程顶点开始的一棵根树。在这个有向图中，根顶点可达的对象都是有效对象，GC将不回收这些对象。如果某个对象(连通子图)与这个根顶点不可达(注意，该图为有向图)，那么我们认为这个(这些)对象不再被引用，可以被GC回收。

以下，我们举一个例子说明如何用有向图表示内存管理。对于程序的每一个时刻，我们都有一个有向图表示JVM的内存分配情况。以下右图，就是左边程序运行到第6行的示意图。

Java使用有向图的方式进行内存管理，可以消除引用循环的问题，例如有三个对象，相互引用，只要它们和根进程不可达的，那么GC也是可以回收它们的。这种方式的优点是管理内存的精度很高，但是效率较低。另外一种常用的内存管理技术是使用计数器，例如COM模型采用计数器方式管理构件，它与有向图相比，精度行低(很难处理循环引用的问题)，但执行效率很高。

下面，我们就可以描述什么是内存泄漏。在Java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对象，这些对象有下面两个特点，首先，这些对象是可达的，即在有向图中，存在通路可以与其相连；其次，这些对象是无用的，即程序以后不会再使用这些对象。如果对象满足这两个条件，这些对象就可以判定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。

在C++中，内存泄漏的范围更大一些。有些对象被分配了内存空间，然后却不可达，由于C++中没有GC，这些内存将永远收不回来。在Java中，这些不可达的对象都由GC负责回收，因此程序员不需要考虑这部分的内存泄露。

通过分析，我们得知，对于C++，程序员需要自己管理边和顶点，而对于Java程序员只需要管理边就可以了(不需要管理顶点的释放)。通过这种方式，Java提高了编程的效率。

因此，通过以上分析，我们知道在Java中也有内存泄漏，但范围比C++要小一些。因为Java从语言上保证，任何对象都是可达的，所有的不可达对象都由GC管理。

对于程序员来说，GC基本是透明的，不可见的。虽然，我们只有几个函数可以访问GC，例如运行GC的函数System.gc()，但是根据Java语言规范定义，该函数不保证JVM的垃圾收集器一定会执行。因为，不同的JVM实现者可能使用不同的算法管理GC。通常，GC的线程的优先级别较低。JVM调用GC的策略也有很多种，有的是内存使用到达一定程度时，GC才开始工作，也有定时执行的，有的是平缓执行GC，有的是中断式执行GC。但通常来说，我们不需要关心这些。除非在一些特定的场合，GC的执行影响应用程序的性能，例如对于基于Web的实时系统，如网络游戏等，用户不希望GC突然中断应用程序执行而进行垃圾回收，那么我们需要调整GC的参数，让GC能够通过平缓的方式释放内存，例如将垃圾回收分解为一系列的小步骤执行，Sun提供的HotSpot JVM就支持这一特性。

下面给出了一个简单的内存泄露的例子。在这个例子中，我们循环申请Object对象，并将所申请的对象放入一个Vector中，如果我们仅仅释放引用本身，那么Vector仍然引用该对象，所以这个对象对GC来说是不可回收的。因此，如果对象加入到Vector后，还必须从Vector中删除，最简单的方法就是将Vector对象设置为null。

Vector v=new Vector(10); 
for (int i=1;i<100; i++)
{
    Object o=new Object();
    v.add(o);
    o=null;    
}