如何避免内部类中的内存泄漏

我先假设读者已经熟悉在Java代码中使用嵌套类的基础知识。 在本文里，我将展示嵌套类的陷阱，内部类在JVM中引起内存泄漏和内存不足错误的地方。之所以会发生这种类型的内存泄漏，是因为内部类必须始终能够访问其外部类。从简单的嵌套过程到内存不足错误（并可能关闭JVM）是一个过程。 我们一步步看他是如何产生的。

步骤1：内部类引用其外部类

内部类的任何实例都包含对其外部类的隐式引用。 例如，考虑以下带有嵌套的EnclosedClass非静态成员类的EnclosingClass声明：

public class EnclosingClass
{
   public class EnclosedClass
   {
   }
}

为了更好地理解这种连接，我们可以将上面的源代码（javac EnclosingClass.java）编译为EnclosingClass.class和EnclosingClass $ EnclosedClass.class，然后检查后者的类文件。

JDK包含用于反汇编类文件的javap（Java打印）工具。 在命令行上，使javap带有EnclosingClass $ EnclosedClass，如下所示：

javap EnclosingClass$EnclosedClass

我们可以观察到以下输出，该输出揭示了一个隐含的 final的 EnclosingClass this $ 0字段，该字段包含对EnclosingClass的引用：

Compiled from "EnclosingClass.java"
public class EnclosingClass$EnclosedClass {
  final EnclosingClass this$0;
  public EnclosingClass$EnclosedClass(EnclosingClass);
}

步骤2：构造函数获取封闭的类引用

上面的输出显示了带有EnclosingClass参数的构造函数。 使用-v（详细）选项执行javap，可以观察到构造函数在this $ 0字段中保存了EnclosingClass对象引用：

final EnclosingClass this$0;
  descriptor: LEnclosingClass;
  flags: (0x1010) ACC_FINAL, ACC_SYNTHETIC

public EnclosingClass$EnclosedClass(EnclosingClass);
  descriptor: (LEnclosingClass;)V
  flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
  Code:
    stack=2, locals=2, args_size=2
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: putfield      #1                  // Field this$0:LEnclosingClass;
       5: aload_0
       6: invokespecial #2                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       9: return
    LineNumberTable:
      line 3: 0

步骤3：声明一个新方法

接下来，我们另一个类中声明一个方法，实例化EnclosingClass，然后实例化EnclosedClass。 例如：

EnclosingClass ec = new EnclosingClass();
ec.new EnclosedClass();

下面的javap输出显示了此源代码的字节码转换。 第18行显示对EnclosingClass $ EnclosedClass（EnclosingClass）的调用。

0: new           #2 // class EnclosingClass
 3: dup
 4: invokespecial #3 // Method EnclosingClass."<init>":()V
 7: astore_1
 8: new           #4 // class EnclosingClass$EnclosedClass
11: dup
12: aload_1
13: dup
14: invokestatic  #5 // Method java/util/Objects.requireNonNull:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
17: pop
18: invokespecial #6 // Method EnclosingClass$EnclosedClass."<init>":(LEnclosingClass;)V
21: pop
22: return

内存泄漏的解剖

在以上示例中，根据应用程序代码，可能会耗尽内存并收到内存不足错误，从而导致JVM终止。 下面的清单演示了这种情况。

import java.util.ArrayList;

class EnclosingClass
{
   private int[] data;

   public EnclosingClass(int size)
   {
      data = new int[size];
   }

   class EnclosedClass
   {
   }

   EnclosedClass getEnclosedClassObject()
   {
      return new EnclosedClass();
   }
}

public class MemoryLeak
{
   public static void main(String[] args)
   {
      ArrayList al = new ArrayList<>();
      int counter = 0;
      while (true)
      {
         al.add(new EnclosingClass(100000).getEnclosedClassObject());
         System.out.println(counter++);
      }
   }
}

EnclosingClass声明一个引用整数数组的私有数据字段。数组的大小传递给此类的构造函数，并实例化该数组。

EnclosingClass还声明EnclosedClass，一个嵌套的非静态成员类，以及一个实例化EnclosedClass的方法，并返回此实例。

MemoryLeak的main（）方法首先创建一个java.util.ArrayList来存储EnclosingClass.EnclosedClass对象。现在，观察内存泄漏是如何发生的。

将计数器初始化为0后，main（）进入无限while循环，该循环重复实例化EnclosedClass并将其添加到数组列表中。然后打印（或递增）计数器。

每个存储的EnclosedClass对象都维护对其外部对象的引用，该对象引用100,000个32位整数（或400,000字节）的数组。在对内部对象进行垃圾收集之前，无法对外部对象进行垃圾收集。最终，该应用程序将耗尽内存。

javac MemoryLeak.java
java MemoryLeak

我们将观察到如下输出（当然在不同的机器上，最后的数字可能不一样）：

7639
7640
7641
7642
7643
7644
7645
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at EnclosingClass.<init>(MemoryLeak.java:9)
	at MemoryLeak.main(MemoryLeak.java:30)