Java中由substring方法引发的内存泄漏

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= <span class="string" style="color: rgb(221, 17, 68);">"abcdef"</span>;x= str.substring(<span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">1</span>,<span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">3</span>);System.<span class="keyword" style="font-weight: bold;">out</span>.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：

<span class="keyword" style="font-weight: bold;">public</span> String substring(<span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> beginIndex, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> endIndex) {<span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (beginIndex < <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>) {<span class="indent">  </span>    <span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);<span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (endIndex > count) {<span class="indent">  </span>    <span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);<span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (beginIndex > endIndex) {<span class="indent">  </span>    <span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(endIndex - beginIndex);<span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">return</span> ((beginIndex == <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>) && (endIndex == count)) ? <span class="keyword" style="font-weight: bold;">this</span> :<span class="indent">  </span>    <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>); <span class="comment" style="color: rgb(153, 153, 136); font-style: italic;">//使用的是和父字符串同一个char数组value</span>    }

String(int off<span class="operator"><span class="keyword" style="font-weight: bold;">set</span>, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> <span class="aggregate">count</span>, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">char</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>[]) {<span class="indent">  </span>this.<span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span> = <span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>;</span><span class="indent">  </span>this.off<span class="operator"><span class="keyword" style="font-weight: bold;">set</span> = offset;</span><span class="indent">  </span>this.count = count;    }

由此引发的内存泄漏泄漏情况：

String str = <span class="string" style="color: rgb(221, 17, 68);">"abcdefghijklmnopqrst"</span>;String <span class="sub"><span class="keyword" style="font-weight: bold;">sub</span> = str.substring(1, 3);</span>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 = <span class="string" style="color: rgb(221, 17, 68);">"abcdefghijklmnopqrst"</span>;String <span class="sub"><span class="keyword" style="font-weight: bold;">sub</span> = str.substring(1, 3) + "";</span>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：

<span class="keyword" style="font-weight: bold;">public</span> String substring(<span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> beginIndex, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> endIndex) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (beginIndex < <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(beginIndex);<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (endIndex > <span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>.length) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(endIndex);<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> subLen = endIndex - beginIndex;<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (subLen < <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(subLen);<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">return</span> ((beginIndex == <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>) && (endIndex == <span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>.length)) ? <span class="keyword" style="font-weight: bold;">this</span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span>: <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> String(<span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>, beginIndex, subLen);<span class="indent">  </span>}

<span class="keyword" style="font-weight: bold;">public</span> String(<span class="keyword" style="font-weight: bold;">char</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>[], <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> offset, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> count) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (offset < <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(offset);<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (count < <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(count);<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="comment" style="color: rgb(153, 153, 136); font-style: italic;">// Note: offset or count might be near -1>>>1.</span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (offset > <span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>.length - count) {<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span>}<span class="indent">  </span><span class="indent">  </span><span class="keyword" style="font-weight: bold;">this</span>.<span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span> = Arrays.copyOfRange(<span class="keyword" style="font-weight: bold;">value</span>, offset, offset+count);<span class="indent">  </span>}

Arrays类的copyOfRange方法：

<span class="keyword" style="font-weight: bold;">public</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">static</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">char</span>[] copyOfRange(<span class="keyword" style="font-weight: bold;">char</span>[] original, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">from</span>, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> to) {        <span class="keyword" style="font-weight: bold;">int</span> newLength = to - <span class="keyword" style="font-weight: bold;">from</span>;        <span class="keyword" style="font-weight: bold;">if</span> (newLength < <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>)            <span class="keyword" style="font-weight: bold;">throw</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> IllegalArgumentException(<span class="keyword" style="font-weight: bold;">from</span> + <span class="string" style="color: rgb(221, 17, 68);">" > "</span> + to);        <span class="keyword" style="font-weight: bold;">char</span>[] copy = <span class="keyword" style="font-weight: bold;">new</span> <span class="keyword" style="font-weight: bold;">char</span>[newLength];   <span class="comment" style="color: rgb(153, 153, 136); font-style: italic;">//是创建了一个新的char数组</span>        System.arraycopy(original, <span class="keyword" style="font-weight: bold;">from</span>, copy, <span class="number" style="color: rgb(0, 153, 153);">0</span>,                         Math.min(original.length - <span class="keyword" style="font-weight: bold;">from</span>, newLength));        <span class="keyword" style="font-weight: bold;">return</span> 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。