一个HashCode问题的追问，差点让我陷入无底洞
内存溢出 VS 内存泄漏这两个词在中文解释上有些相似，至少给我的第一感觉，他们的差别是这样的(有人和我一样吗?)
作者：an日拱一兵 来源：日拱一兵|2020-08-04 08:44
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你有一个思想，我有一个思想，我们交换后，一个人就有两个思想
If you can NOT explain it simply, you do NOT understand it well enough
现陆续将Demo代码和技术文章整理在一起 Github实践精选 ，方便大家阅读查看，本文同样收录在此，觉得不错，还请Star
起因
起因是群里的一位童鞋突然问了这么问题：
如果重写 equals 不重写 hashcode 会有什么影响?
这个问题从上午10:45 开始陆续讨论，到下午15:39 接近尾声 (忽略这形同虚设的马赛克)
这是一个好问题，更是一个高频基础面试题，我还曾经专门写过一篇文章 Java equals 和 hashCode 的这几个问题可以说明白吗, 主要说明了以下内容
随着讨论的进行，问题慢慢集中在内存溢出和内存泄漏的问题上
内存溢出 VS 内存泄漏
这两个词在中文解释上有些相似，至少给我的第一感觉，他们的差别是这样的(有人和我一样吗?)
内存溢出：Out of Memory (OOM) ，这个大家都很熟悉了，理解起来也很简单，就是内存不够用了(啤酒【对象】太多，杯子【内存】装不下了)
那啥是内存泄漏呢?
内存泄漏：Memory
Leak特意查了一下 Leak 的字典含义，解释1的直白翻译是【通常是由于错误或失误，从一个开口 进入或逃脱】
所以程序中的内存泄漏我的理解更多是：由于程序的编写错误暴漏出一些 开口，导致一些对象进入这写开口，最终导致相关问题，进一步说白了，程序有漏洞，不当的调用就会出问题
所以接下来我们主要来看看 Java 内存泄漏，以及问题的起因 hashCode 和内存泄漏到底有哪些关系
内存泄漏
咱也是一个有身份证的人，不能总讲大白话，相对官方的内存泄漏解释是这样滴：
内存泄漏说明的是这样一种情况：堆中存在一些不再使用的对象，但垃圾收集器无法将它们从内存中删除(垃圾收集器定期删除未引用的对象，但从不收集仍在引用的对象)，因此对它们进行了不必要的维护
这句话略显抽象，一张图你就能明白
如果有用的、但垃圾收集器又不能删除的对象增多，就像下图这样，那么就会逐渐导致内存溢出(OOM)了
所以也可以总结为，OOM 的原因之一可能是内存泄漏导致的
内存泄漏会带来哪些问题
内存泄漏，会导致真正可用内存变少，在没达到 OOM 的这个过程中，就会出现奇奇怪怪的问题
- 当应用程序长时间连续运行时，性能会严重下降，毕竟可用内存变小
- 自发的和奇怪的应用程序崩溃
- 应用程序偶尔会耗尽连接对象(这个经常听说吧)
- 最终的结果是 OOM
所以也可以反过来推理，如果发生上述问题，有可能程序的某些地方发生了内存泄漏那常见的哪些情形可能会引起内存泄漏呢?又有哪些解决办法呢?
会引起内存泄漏的常见情形与相应解决办法
静态成员变量的乱用
直接来看一个例子 - @Slf4j
- public class StaticTest {
- public static List<Double> list = new ArrayList<>();
- public void populateList() {
- for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
- list.add(Math.random());
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- new StaticTest().populateList();
- }
- }
populateList() 是一个 public 方法，可能被各种调用，导致 list 无限增大 解决办法 解决办法很简单，针对这种情形(也就是通常所说的长周期对象引用短周期对象)，就是将 list 放到方法内部，方法栈帧执行完自动就会被回收了 - public void populateList() {
- List<Double> list = new ArrayList<>();
- for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
- list.add(Math.random());
- }
- }
有童鞋可能有疑问： 看 Spring 源码时有好多是 static 修饰的成员变量，难道它们也会导致内存泄漏? 不是的，如果你仔细看逻辑，它们都是是在容器初始化的过程中一次性加载的，所以不会像 populateList 随着调用次数的增加，无限撑大 List 未关闭的流 在学习流的时候老师就在耳边反复说： 一定要关闭流... 闭流... 流... 㐬... 儿... 因为每当我们建立一个新的连接或打开一个流时(比如数据库连接、输入流和会话对象)，JVM都会为这些资源分配内存，如果不关闭，这就是占用空间"有用"的对象, GC 就不会回收他们，当请求很大，来个请求就新建一个流，最终都还没关闭，结果可想而知 解决办法 流的解决办法很简单，其实主要遵循相应范式就可以避免此类问题 - 通过 try/catch/finally范式在 finally 关掉流
- 如果你用的 Java 7+ 的版本，也可以用 try-with-resources, 这样代码在编译后会自动帮你关闭流
- 也可以使用 Lombok 的 @Cleanup 注解, 就像下面这样
- @Cleanup InputStream jobJarInputStream = new URL(jobJarUrl).openStream();
- @Cleanup OutputStream jobJarOutputStream = new FileOutputStream(jobJarFile);
- IOUtils.copy(jobJarInputStream, jobJarOutputStream);
不正确的 equals 和 hashCode 实现 又回到了这两个函数上，有很大一部分程序员不会主动重写 equals 和 hashCode，尤其是用 Lombok @Data 注解(该注解默认会帮助重写这两个函数)后，更会忽视这两个方法实现，一不小心的使就可能引起内存泄漏 来看个非常简单的例子： - public class MemLeakTest {
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- Map<Person, String> map = new HashMap<>();
- Person p1 = new Person("zhangsan", 1);
- Person p2 = new Person("zhangsan", 1);
- Person p3 = new Person("zhangsan", 1);
- map.put(p1, "zhangsan");
- map.put(p2, "zhangsan");
- map.put(p3, "zhangsan");
- System.out.println(map.entrySet().size()); // 运行结果：3
- }
- }
- @Getter
- @Setter
- class Person {
- private String name;
- private Integer id;
- public Person(String name, Integer id){
- this.name = name;
- this.id = id;
- }
- }
Person 类没有重写 hashCode 方法，那 Map 的 put 方法就会调用 Object 默认的 hashCode 方法 - public V put(K key, V value) {
- return putVal(hash(key), key, value, false, true);
- }
- static final int hash(Object key) {
- int h;
- return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
- }
p1, p2, p3 在【业务】属性上是完全相同的三个对象，由于「对象地址」的不同导致生成的 hashCode 不一样，最终都被放到 Map 中，这就会导致业务重复对象占用空间，所以这也是内存泄漏的一种 解决办法 解决办法很简单，在 Person 上加一个 Lombok 的 @Data 注解自动帮你重写 hashCode 方法，或手动在 IDE 中 generate，再次运行，结果就为 1了，符合业务需求 那重写了 hashCode 确实可以避免重复对象的加入，那这就完事大吉了吗, 再来看个例子 - public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- // 注意: HashSet 的底层也是 Map 结构
- Set<Person> set = new HashSet<Person>();
- Person p1 = new Person("zhangsan", 1);
- Person p2 = new Person("lisi", 2);
- Person p3 = new Person("wanger", 3);
- set.add(p1);
- set.add(p2);
- set.add(p3);
- System.out.println(set.size()); // 运行结果：3
- p3.setName("wangermao");
- set.remove(p3);
- System.out.println(set.size()); // 运行结果：3
- set.add(p3);
- System.out.println(set.size()); // 运行结果：4
- }
从运行结果中来看，很显然 set.remove(p3) 没有删除成功，因为p3.setName("wangermao") 后，重新计算 p3 的 hashCode 会发生变化，所以 remove 的时候会找不到相应的 Node，这就又给了增加相同对象的“机会”，导致业务中无用的对象被引用着，所以可以说这也是内存泄漏的一种。运行结果来看：  所以诸如此类操作，最好是先 remove，然后更改属性，最后再重新 add 进去看到这，你应该发现了，要解决 hashCode 相关的问题，你要充分了解集合的特性，更要留意类是否重写了该方法以及它们的实现方式，避免出现内存泄漏情况 ThreadLocal 群消息中的最后，小姐姐 留下【ThreadLocal】几个字，深藏功与名的离开了，一看就是高手 ThreadLocal 是面试多线程的高频考点，它的好处是可以快速方便的做到线程隔离，但大家也都知道他是一把双刃剑，因为使用不好就有可能导致内存泄漏了 实际工作中我们都是使用线程池来管理线程 「具体请参考 我会手动创建线程，为什么要使用线程池」，这种方式可以让线程得到反复利用(故意不让 GC 回收)， 现在，如果任何类创建了一个ThreadLocal变量，但没有显式地删除它，那么即使在web应用程序停止之后，该对象的副本仍将保留在工作线程中，从而阻止了该对象被垃圾收集，所以乱用也会导致内存泄漏 解决办法 解决办法依旧很简单，依旧是遵循标准 - 调用 ThreadLocal 的 remove() 方法，移除当前线程变量值
- 也可以将它看作一种 resource，使用 try/finally 范式，万一在运行过程中出现异常，还可以在 finally 中 remove 掉
- try {
- threadLocal.set(System.nanoTime());
- // business code
- }
- finally {
- threadLocal.remove();
- }
我觉得小姐姐一定是高手 总的来说，引起内存泄漏的原因非常多，比如还有引用外部类的内部类等问题，这里不再展开说明，只是说明了几种非常常见的可能引发内存泄漏问题的几种场景 内存泄漏问题不易察觉，所以有时需要借助工具来帮忙 JVisualVM JVisualvm 【可视化JVM】，可分析JDK1.6及其以上版本的JVM运行时的JVM参数、系统参数、堆栈、CPU使用等信息。可分析本地应用及远程应用，在JDK1.6以上版本中自带，工具的使用暂不展开说明， 想快速使用此工具，只需要在 IDE 中安装个 VisualVM Launcher 插件  然后在进行基本的配置  然后在IDE的右上角或当前类鼠标右键就可以点击运行查看了  运行起 VisualVM 就是这样子了  不要走，还没结束，在总结这篇文章的时候，我还发现了「新大陆」 HashCode 真是根据对象内存地址生成的? 脑海中的印象不知道为何，很根深蒂固的接受了Object hashCode 是根据对象内存地址生成的，这次刚好想探求一下 hashCode 的本质，还着实打破了我的固有印象 (以 JDK1.8 为例) OpenJDK 定义 hashCode 的方法在下面两个文件中 • src/share/vm/prims/jvm.h • src/share/vm/prims/jvm.cpp 逐步看下去，最终会来到 get_next_hash 这个方法中，方便大家查看我先把方法截图至此：  总的来说有 6 种生成 hashCode 的方式： • 0: A randomly generated number • 1: A function of memory address of the object • 2: A hardcoded 1 (used for sensitivity testing.) • 3: A sequence. • 4: The memory address of the object, cast to int • 5(else): Thread state combined with xor-shift[1] 那在 JDK1.8 种用的哪一种呢?  可以看到在 JDK1.8 中生成 hashCode 的方式是 5， 也就是走程序的 else 路径，即使用 Xorshift，并不是之前认为的对象内存地址「1」，以为老版本是采用对象内存地址的方式，所以继续查看其他版本  从图中可以看出，JDK1.6[2] 和 JDK1.7[3] 版本生成 hashCode 的方式「1」随机数的形式，和我们原本认为的并不一样，别的版本没有继续查询，至于「流传下来」说是对象内存地址生成的 hashCode 我也木有再深入研究，有了解的同学还请留言赐教 那么问题来了： 假设用的 JDK1.6或 JDK1.7，它们生成 hashCode 的方式是随机生成的，那一个对象多次调用hashCode是会有不同的hashCode 呢?(排除服务重启的情况) 显然应该不会的，因为如果每次都变化， 存储到集合中的对象那就很容易丢失了，那问题又来了： 它们存在哪了? hash 值是存在对象头中的，我们还知道对象头中还可能存储线程ID，所以他们在某些情形中还会存在冲突 对象头中 hashCode 和 偏向锁的冲突 jvm 启动时，可以使用 -XX:+UseBiasedLocking=true 开启偏向锁，(关于偏向锁，轻量级锁，重量级锁大家查阅 synchronized 相关文档就可以)，这里引 OpenJDK Wiki[4] 里面的图片加以文字说明整个冲突过程  所以，调用 Object 的 hashCode() 方法或者 System.identityHashCode() 方法会让对象不能使用偏向锁。到这里你也就应该知道了，如果你还想使用偏向锁，那最好重写 hashCode() 方法，避免使偏向锁失效 总结 为了解决群的这个问题，发现新大陆的同时也差点让我掉入【追问无底洞】，不过通过本文你应该了解内存溢出和内存泄漏的差别，以及他们的解决方案，另外 hashCode[5] 生成方式还着实让人有些惊讶，如果你知道「hashCode的生成是根据对象内存地址生成的来源，还请留言赐教」。除此之外，小小的 hashCode 还有可能让偏向锁失效，所有的这些细节问题都有可能是导致程序崩溃的坑，所以勿以「恶」小而为之，毋以「善」小而不为，良好的编程习惯能避免很多问题 当然想要更好的理解内存泄漏，当然是要更好的理解 GC 机制，而想要更好的理解 GC，当然是更好的理解 JVM，咱们后续慢慢分析吧 灵魂追问 为了清除 ThreadLocal 线程变量值，不用 ThreadLocal.remove() 方法，而是用 ThreadLocal.set(null) 会达到同样的效果吗? 你曾经遇到哪些不易察觉的内存泄漏问题呢? 参考 [1]xor-shift算法: https://en.wikipedia.org/wiki/Xorshift [2]JDK1.6代码: http://hg.openjdk.java.net/jdk6/jdk6/hotspot/file/5cec449cc409/src/share/vm/runtime/globals.hpp#l1128 [3]JDK1.7代码: http://hg.openjdk.java.net/jdk7u/jdk7u/hotspot/file/5b9a416a5632/src/share/vm/runtime/globals.hpp#l1100 [4]OpenJDK Wiki: https://wiki.openjdk.java.net/display/HotSpot/Synchronization [5]默认hashCode生成方式: https://srvaroa.github.io/jvm/java/openjdk/biased-locking/2017/01/30/hashCode.html 本文转载自微信公众号「 日拱一兵」，可以通过以下二维码关注。转载本文请联系 日拱一兵公众号。  - Java中hashCode和equals方法的正确使用
- 关于equals和hashCode，看这一篇真的够了！
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