深入JVM-有关String的内存泄漏

什么是内存泄漏？所谓内存泄漏，就是由于疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存的情况，他并不是说物理内存消失了，而是指由于不再使用的对象占据了内存不被释放，而导致可用内存不断减小，最终有可能导致内存溢出。

由于垃圾回收器的出现，与传统的C/C++相比，Java已经把内存泄漏的概率大大降低了，所以不再使用的对象会由系统自动收集，但这并不意味着已经没有内存泄漏的可能。内存泄漏实际上更是一个应用问题，这里以String.substring()方法为例，说明这种内存泄漏的问题。

在JDK 1.6中，java.lang.String主要由3部分组成：代表字符数据的value、偏移量offset和长度count。

这个结构为内存泄漏埋下了伏笔，字符串的实际内容由value、offset和count三者共同决定，而非value一项。试想，如果字符串value数组包含了100个字符，而count长度只有1个字节，那么这个string实际上只有1个字符，却占据了至少100个字节，那剩余的99个就属于泄漏的部分，他们不会被使用，不会被释放，却长期占用内存，直到字符串本身被回收。

不幸的是，这种情况在JDK 1.6中非常容易出现。下面简单解读一下JDK 1.6中String.substring()的实现。

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    if (beginIndex < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);
    }
    if (endIndex > count) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);
    }
    if(beginIndex > endIndex) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(endIndex - beginIndex);
    }
    return ((beginIndex == 0) && (endIndex == count)) ? this : new String(offset + beginIndex, endIndex- beginIndex, value);
}

可以看到，在substring()的视线中，最终是使用了String的构造函数，生成了一个新的String。该构造函数的实现如下：

String(int offset, int count, char value[]) {
    this.value = value;
    this.offset = offset;
    this.count = count;
}

该构造函数并非公有构造函数。这点应该万幸，因为正是这个构造函数引起了内存泄漏问题。新生成的String并没有从value中获取自己需要的那部分，而是简单的使用了相同的value引用，只是修改了offset和count，以此来确定新的String对象的值。当原始字符串没有被回收时，这种情况是没有问题的，并且通过公用value，还可以节省一部分内存，但是一旦原始字符串被回收，value中多余的部分就造成了空间浪费。

综上所述，如果使用了String.substring()将一个大字符串切割为小字符串，当大字符串被回收时，小字符串的存在就会引起内存泄漏。

所幸，这个问题已经引起了官方的重视，在JDK 1.7中，对String的实现有了大幅度的调整。在新版本的String中，去掉了offset和count两项，而String的实质性内容仅仅由value决定，而value数组本身也就代表了这个String实际的取值。下面简单的对比String.length()方法来说明这个问题，代码如下：

//JDK 1.7 实现
public int length() {
    return value.length;
}

//JDK 1.6 实现
public int length() {
    return count;
}

可以看到，在JDK 1.6中，String长度和value无关。基于这种改进的实现，substring()方法的内存泄漏问题也得以解决，如下代码所示，展示了JDK 1.7 中的String.substring()实现。

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    //省略部分无关内容
    int subLen = endIndex - beginIndex;
    //省略部分无关内容
    return ((beginIndex == 0) && (endIndex == value.length)) ? this : new String(value, beginIndex, subLen);
}

public String(char value[], int offset, int count) {
    //省略部分无关内容
    //Note: offset or count might be near -1>>>1.
    if (offset > value.length - count) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
    }
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset + count);
}

从上述代码可以看到，在新版本的substring中，不再复用原String的value，而是将实际需要的部分做了复制，该问题也得到了完全的修复。