Bellek Sızıntısı ve Referans Türleri — GC Neyi Bırakabilir?

Evdeki depo her ay biraz daha doluyor. Her şeyi bir gün lazım olur diye saklıyorsun ama çoğuna bir daha hiç bakmıyorsun.

Java’nın çöp toplayıcısı da böyle bir depoyu temizler. Yalnız bir kuralı var: sahibi olan hiçbir şeye dokunmaz.

GC varken sızıntı nasıl olur?

GC bir nesneyi toplamadan önce tek bir şey sorar: buna bir GC kökünden?Terimin tanımını açGC köküGC'nin canlı nesneleri aramaya başladığı yer: çalışan thread'lerin yerel değişkenleri, static alanlar ve JNI referansları. Buradan ulaşılamayan nesne çöptür.Heap dump araçlarındaki 'path to GC roots' komutu, bir nesneyi canlı tutan zinciri kökten nesneye kadar gösterir.Sözlükte gör → ulaşılabiliyor mu? Çalışan bir thread’in değişkenleri ve static alanlar bu köklerdendir.

Ulaşılabilen her nesne canlı sayılır, kullanılsa da kullanılmasa da. Bellek sızıntısı?Terimin tanımını açbellek sızıntısıArtık kullanılmayan ama hâlâ bir kökten ulaşılabildiği için GC'nin toplayamadığı nesneler. Genellikle static bir koleksiyon, sınırsız bir cache ya da çıkarılmayan bir dinleyici.İşareti, GC sonrası kalan heap'in zamanla yükselmesidir. Sonunda OutOfMemoryError ya da sık ve uzun GC duraklamaları gelir.Sözlükte gör → tam olarak budur: bir daha işine yaramayacak ama hâlâ ulaşılabilen nesneler.

En sık görülen beş sızıntı şöyle:

Dört referans türü

Şimdiye kadar yazdığın her referans güçlü referanstır: Page p = new Page(); Güçlü referansla tutulan nesneye GC dokunmaz.

java.lang.ref paketi GC’ye “bunu atabilirsin” demenin üç yolunu daha verir:

Yumuşak referans?Terimin tanımını açyumuşak referansBellek bolken nesneyi bırakan, sıkışınca temizlenen referans (SoftReference). OutOfMemoryError'dan önce bütün yumuşak referanslı nesneler temizlenir.Ne zaman temizleneceği JVM'e bağlıdır; HotSpot'ta son erişim zamanına ve boş heap'e bakılır. Bu yüzden cache için tahmin edilebilir bir araç değildir.Sözlükte gör → için Java’nın bir sözü var: bu nesneler OutOfMemoryError fırlatılmadan önce mutlaka temizlenir. Zayıf referans?Terimin tanımını açzayıf referansNesneyi tek başına canlı tutmayan referans (WeakReference). Nesneye başka güçlü referans yoksa ilk GC'de temizlenir ve get() null döner.WeakHashMap anahtarlarını bu yolla tutar. Belleğin bol ya da dar olmasına bakılmaz.Sözlükte gör → ise belleğin durumuna hiç bakmaz.

1
WeakReference<Page> ref = new WeakReference<>(new Page("A"));
2
Page page = ref.get();   // ya sayfa ya null: her get'ten sonra kontrol et

Satır satır: WeakHashMap girdisi ne zaman silinir?

WeakHashMap anahtarlarını zayıf referansla tutar. Anahtara başka güçlü referans kalmazsa girdi kendiliğinden silinir.

Kendin gör

Altı müşteri ekstresini açıyor, dördü çıkış yapıyor, sonra GC çalışıyor. Cache’in sayfaları nasıl tuttuğunu seç ve neyin kaldığına bak.

1. Varsayılanı oynat. Static map dört sayfayı bırakmıyor: GC çalışsa da “sızıntı” yazıyor.
2. “Sonunda heap sıkışsın”ı aç. Aynı cache OutOfMemoryError’a kadar gidiyor.
3. WeakReference’a geç. Bellek bolken bile dört sayfa ilk GC’de gidiyor. Tekrar gelen müşteri cache’i boş bulur.
4. SoftReference’ı heap sıkışıkken dene, sonra sınırlı cache’i. Hangisinin davranışını önceden bilebiliyorsun?

Tuzaklar

WeakHashMap’i cache sanmak. Zayıf olan anahtardır, değer değil. Silinme belleğe göre değil, anahtarın sahibine göre olur.

Lambda’yı zayıf bir dinleyici listesine koymak. Lambda’yı başka kimse tutmuyorsa ilk GC’de kaybolur ve olaylar sessizce kesilir.

Her cache’i SoftReference ile yapmak. Bellek sıkışınca bütün cache bir anda boşalır ve GC daha çok çalışır.

finalize ile temizlik. Ne zaman çalışacağı belli değildir ve Java 18’de kaldırılmak üzere işaretlendi. Kaynakları try-with-resources ile kapat; son çare olarak java.lang.ref.Cleaner var.

İnternet şubesinden bir örnek: sınırlı bir ekstre cache’i ve ekran kapanınca kapanan bir kur aboneliği.

1
@Component
2
public class StatementCache {
3

4
    private final Cache<StatementKey, StatementPage> pages = Caffeine.newBuilder()
5
            .maximumSize(10_000)
6
            .expireAfterAccess(Duration.ofMinutes(15))
7
            .build();
8

9
    private final StatementRepository repository;
10

11
    public StatementCache(StatementRepository repository) {
12
        this.repository = repository;
13
    }
14

15
    public StatementPage page(StatementKey key) {
16
        return pages.get(key, repository::load);
17
    }
18

19
    public void evictCustomer(String customerId) {
20
        pages.asMap().keySet().removeIf(key -> key.customerId().equals(customerId));
21
    }
22
}

1
@Component
2
public class FxRateFeed {
3

4
    private final Set<Consumer<FxRate>> listeners = ConcurrentHashMap.newKeySet();
5

6
    /** The caller keeps the subscription and closes it when it no longer listens. */
7
    public AutoCloseable subscribe(Consumer<FxRate> listener) {
8
        listeners.add(listener);
9
        return () -> listeners.remove(listener);
10
    }
11

12
    void publish(FxRate rate) {
13
        listeners.forEach(listener -> listener.accept(rate));
14
    }
15
}

1
public class StatementScreen implements AutoCloseable {
2

3
    private final AutoCloseable fxSubscription;
4
    private final List<String> lines = new ArrayList<>();
5

6
    public StatementScreen(FxRateFeed feed) {
7
        // The lambda captures this screen: while the feed holds the lambda, it holds the screen.
8
        this.fxSubscription = feed.subscribe(rate -> lines.add("Kur: " + rate));
9
    }
10

11
    @Override
12
    public void close() throws Exception {
13
        fxSubscription.close();
14
    }
15
}

Kendini sına

Önce hızlı bir ısınma: puan yok, kayıt yok. Sonra asıl sorular.