Java中由substring方法引发的内存泄漏

2021-09-22 23:21:42

在Java中我们无须关心内存的释放，JVM提供了内存管理机制，有垃圾回收器帮助回收不需要的对象。但实际中一些不当的使用仍然会导致一系列的内存问题，常见的就是内存泄漏和内存溢出

内存溢出（out of memory ）：通俗的说就是内存不够用了，比如在一个无限循环中不断创建一个大的对象，很快就会引发内存溢出。

内存泄漏（leak of memory）：是指为一个对象分配内存之后，在对象已经不在使用时未及时的释放，导致一直占据内存单元，使实际可用内存减少，就好像内存泄漏了一样。

由substring方法引发的内存泄漏

substring(int beginIndex, int endndex )是String类的一个方法，但是这个方法在JDK6和JDK7中的实现是完全不同的（虽然它们都达到了同样的效果）。了解它们实现细节上的差异，能够更好的帮助你使用它们，因为在JDK1.6中不当使用substring会导致严重的内存泄漏问题。

1、substring的作用

substring(int beginIndex, int endIndex)方法返回一个子字符串,从父字符串的beginIndex开始，结束于endindex-1。父字符串的下标从0开始，子字符串包含beginIndex而不包含endIndex。

String x= "abcdef";
x= str.substring(1,3);
System.out.println(x);

上述程序的输出是“bc”

2、实现原理

String类是不可变变，当上述第二句中x被重新赋值的时候，它会指向一个新的字符串对象，就像下面的这幅图所示：

然而，这幅图并没有准确说明的或者代表堆中发生的实际情况，当substring被调用的时候真正发生的才是这两者的差别。

JDK6中的substring实现

String对象被当作一个char数组来存储，在String类中有3个域：char[] value、int offset、int count，分别用来存储真实的字符数组，数组的起始位置，String的字符数。由这3个变量就可以决定一个字符串。当substring方法被调用的时候，它会创建一个新的字符串，但是上述的char数组value仍然会使用原来父数组的那个value。父数组和子数组的唯一差别就是count和offset的值不一样，下面这张图可以很形象的说明上述过程。

看一下JDK6中substring的实现源码：

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); //使用的是和父字符串同一个char数组value
    }

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

由此引发的内存泄漏泄漏情况：

String str = "abcdefghijklmnopqrst";
String sub = str.substring(1, 3);
str = null;

这段简单的程序有两个字符串变量str、sub。sub字符串是由父字符串str截取得到的，假如上述这段程序在JDK1.6中运行，我们知道数组的内存空间分配是在堆上进行的，那么sub和str的内部char数组value是公用了同一个，也就是上述有字符a~字符t组成的char数组，str和sub唯一的差别就是在数组中其实beginIndex和字符长度count的不同。在第三句，我们使str引用为空，本意是释放str占用的空间，但是这个时候，GC是无法回收这个大的char数组的，因为还在被sub字符串内部引用着，虽然sub只截取这个大数组的一小部分。当str是一个非常大字符串的时候，这种浪费是非常明显的，甚至会带来性能问题，解决这个问题可以是通过以下的方法：

String str = "abcdefghijklmnopqrst";
String sub = str.substring(1, 3) + "";
str = null;

利用的就是字符串的拼接技术，它会创建一个新的字符串，这个新的字符串会使用一个新的内部char数组存储自己实际需要的字符，这样父数组的char数组就不会被其他引用，令str=null，在下一次GC回收的时候会回收整个str占用的空间。但是这样书写很明显是不好看的，所以在JDK7中，substring 被重新实现了。

JDK7中的substring实现

在JDK7中改进了substring的实现，它实际是为截取的子字符串在堆中创建了一个新的char数组用于保存子字符串的字符。下面的这张图说明了JDK7中substring的实现过程：

查看JDK7中String类的substring方法的实现源码：

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

public String(char value[], int offset, int count) {
    if (offset < 0) {
      throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
    }
    if (count < 0) {
      throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
    }
    // 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);
  }

Arrays类的copyOfRange方法：

public static char[] copyOfRange(char[] original, int from, int to) {
        int newLength = to - from;
        if (newLength < 0)
            throw new IllegalArgumentException(from + " > " + to);
        char[] copy = new char[newLength];   //是创建了一个新的char数组
        System.arraycopy(original, from, copy, 0,
                         Math.min(original.length - from, newLength));
        return copy;
    }

可以发现是去为子字符串创建了一个新的char数组去存储子字符串中的字符。这样子字符串和父字符串也就没有什么必然的联系了，当父字符串的引用失效的时候，GC就会适时的回收父字符串占用的内存空间。

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