empty string什么错误_String 使用不当可能导致内存泄露

原文地址:https://dwz.cn/StuX6dGw
作者:Hollis
来源平台:微信公众号

String是Java中一个比较基础的类,每一个开发人员都会经常接触到。而且,String也是面试中经常会考的知识点。String有很多方法,有些方法比较常用,有些方法不太常用。

今天介绍一个String使用不当可能导致内存泄露的问题,主要围绕其subString方法。围绕String和subString也有很多面试题,是比较重要的知识点。

substring(int beginIndex, int endIndex)方法在不同版本的JDK中的实现是不同的。了解他们的区别可以帮助你更好的使用他。为简单起见,后文中用substring()代表substring(int beginIndex, int endIndex)方法。、

substring() 的作用

substring(int beginIndex, int endIndex)方法截取字符串并返回其[beginIndex,endIndex-1]范围内的内容。

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

输出内容:

bc

调用substring()时发生了什么?

你可能知道,因为x是不可变的,当使用x.substring(1,3)对x赋值的时候,它会指向一个全新的字符串:

5b9fb0739d0afe5d1007bad0c9e507a0.png

然而,这个图不是完全正确的表示堆中发生的事情。因为在jdk6 和 jdk7中调用substring时发生的事情并不一样。

JDK 6中的substring

String是通过字符数组实现的。在jdk 6 中,String类包含三个成员变量:char value[]int offsetint count。他们分别用来存储真正的字符数组,数组的第一个位置索引以及字符串中包含的字符个数。

当调用substring方法的时候,会创建一个新的string对象,但是这个string的值仍然指向堆中的同一个字符数组。这两个对象中只有count和offset 的值是不同的。

a1bc53ae8e88b7e78207788fb7998f85.png

下面是证明上说观点的Java源码中的关键代码:

//JDK 6
String(int offset, int count, char value[]) {
    this.value = value;
    this.offset = offset;
    this.count = count;
}

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    //check boundary
    return  new String(offset + beginIndex, endIndex - beginIndex, value);
}

substring与内存泄露

如果你有一个很长很长的字符串,但是当你使用substring进行切割的时候你只需要很短的一段。

这可能导致性能问题,因为你需要的只是一小段字符序列,但是你却引用了整个字符串(因为这个非常长的字符数组一直在被引用,所以无法被回收,就可能导致内存泄露)。

在JDK 6中,一般用以下方式来解决该问题,原理其实就是生成一个新的字符串并引用他。

x = x.substring(x, y) + ""

关于JDK 6中subString的使用不当会导致内存系列已经被官方记录在Java Bug Database中:

b8a6526dd165c3c96edf38cd1afd2738.png
内存泄露:在计算机科学中,内存泄漏指由于疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存。 内存泄漏并非指内存在物理上的消失,而是应用程序分配某段内存后,由于设计错误,导致在释放该段内存之前就失去了对该段内存的控制,从而造成了内存的浪费。

JDK 7 中的substring

上面提到的问题,在jdk 7中得到解决。在jdk 7 中,substring方法会在堆内存中创建一个新的数组。

8563c8c690dc5fcb82b901028730249c.png

Java源码中关于这部分的主要代码如下:

//JDK 7
public String(char value[], int offset, int count) {
    //check boundary
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset + count);
}

public String substring(int beginIndex, int endIndex) {
    //check boundary
    int subLen = endIndex - beginIndex;
    return new String(value, beginIndex, subLen);
}

以上是JDK 7中的subString方法,其使用new String创建了一个新字符串,避免对老字符串的引用。从而解决了内存泄露问题。

所以,如果你的生产环境中使用的JDK版本小于1.7,当你使用String的subString方法时一定要注意,避免内存泄露。

<think>好的,我需要解决用户关于缓存空值时如何避免内存浪费的问题。首先,我得理解用户的具体需求。他们可能在使用缓存系统时,存储了大量空值(如null),导致内存被无效数据占用,影响了系统性能和资源利用率。接下来,我要回忆相关的解决方案和最佳实践。 首先,空对象模式(Null Object Pattern)可能是一个解决办法。这种设计模式用空对象代替null,避免频繁的null检查,同时减少重复创建空值占用的内存。例如,Java中的Optional类或者自定义的空对象实例,可以复用,减少内存消耗。不过需要注意,这种方法需要预先定义好空对象的行为,避免逻辑错误。 然后是缓存压缩技术。部分缓存框架支持对存储的值进行压缩,尤其是当存储大量重复的空值时,压缩能显著减少内存占用。比如Ehcache或Redis的压缩配置。但压缩可能会增加CPU开销,需要权衡利弊。 弱引用或软引用缓存也是一个方向。使用Java中的WeakReference或SoftReference,当内存不足时,GC会自动回收这些引用,防止内存泄漏。适用于允许缓存被回收的场景,但可能增加缓存未命中率,需要评估业务需求。 接下来是TTL(Time-To-Live)和定期清理策略。为缓存设置较短的过期时间,并定期扫描清理空值,避免长期占用内存。例如Guava Cache的expireAfterWrite结合定期清理任务。但要注意清理频率,避免影响性能。 选择性缓存策略也值得考虑。在查询层面对空值进行过滤,仅缓存有效数据。比如在数据库查询后,只缓存非空结果,减少空值存储。但需要确保业务逻辑允许跳过某些空值,可能影响数据一致性。 元数据标记法可以替代存储完整空值。例如,用特殊标记(如“##NULL##”)作为占位符,存储时仅保留键和标记,读取时识别并返回null。这种方法节省空间,但需处理序列化和反序列化的兼容性。 分代缓存管理将缓存分为热点数据和低频数据,对低频数据中的空值采用更激进的回收策略。比如Caffeine缓存中的基于频率和近期使用的分代策略。需要监控缓存命中率来调整策略。 此外,引用中提到的IntegerCache机制,可能启发使用对象池复用空对象。类似IntegerCache缓存-128到127的Integer对象,可以设计空对象的池化,减少重复创建。但要注意线程安全和池大小管理。 最后,需要综合业务场景选择合适的方法。比如高并发查询但低更新频率的场景,适合空对象模式结合TTL;内存敏感环境则适合弱引用加压缩。同时,监控缓存命中率和内存使用量是关键,利用工具如JMX或Prometheus进行实时调整。 可能的相关问题包括:空对象模式的具体实现、缓存压缩的性能影响、弱引用的回收机制、如何监控缓存效率等。这些都需要进一步详细解答,帮助用户深入理解每个方案的细节和适用场景。</think>### 如何在缓存中存储空值以避免内存浪费的解决方案 在缓存系统中存储空值(如 `null`)时,若处理不当可能导致内存浪费。以下是几种最佳实践和解决方案: --- #### 1. **空对象模式(Null Object Pattern)** - **原理**:用特定空对象替代 `null`,避免重复存储无效数据。例如,定义一个 `EmptyUser` 对象表示“用户不存在”,而非缓存 `null`[^1]。 - **优势**: - 减少内存占用(空对象可复用)。 - 避免代码中的 `null` 检查。 - **示例**: ```java public class User { public static final User EMPTY = new User("N/A"); // 其他属性和方法 } ``` - **注意事项**:需确保空对象的行为与业务逻辑兼容。 --- #### 2. **缓存压缩技术** - **原理**:对缓存值进行压缩,尤其是重复的空值或占位符。例如,Redis 支持 `LZ4` 或 `ZSTD` 压缩算法。 - **配置示例(Redis)**: ```bash config SET compression-algorithm lz4 ``` - **适用场景**:缓存中存在大量重复空值或大对象时,内存节省显著[^2]。 --- #### 3. **弱引用或软引用缓存** - **原理**:使用弱引用(`WeakReference`)或软引用(`SoftReference`)存储空值,允许垃圾回收器在内存不足时自动回收。 - **Java 示例**: ```java Cache<Key, SoftReference<Value>> cache = new ConcurrentHashMap<>(); ``` - **适用场景**:允许缓存被回收且接受偶尔的缓存未命中。 --- #### 4. **TTL(Time-To-Live)与定期清理** - **原理**:为缓存设置较短的过期时间,并定期清理空值。 - **示例(Guava Cache)**: ```java Cache<String, Optional<User>> cache = CacheBuilder.newBuilder() .expireAfterWrite(5, TimeUnit.MINUTES) .build(); ``` - **优化点**:结合后台任务扫描并清理长期未访问的空值。 --- #### 5. **选择性缓存策略** - **原理**:仅在查询到有效数据时缓存,避免存储空值。例如,数据库查询返回 `null` 时不写入缓存。 - **伪代码逻辑**: ```python def get_data(key): value = cache.get(key) if value is None: value = db.query(key) if value is not None: # 仅缓存非空结果 cache.set(key, value) return value ``` --- #### 6. **元数据标记替代完整存储** - **原理**:用特殊标记(如 `##NULL##`)代替存储完整的空对象,降低内存占用。 - **示例**: ```redis SET user:1234 "##NULL##" EX 300 # 仅存储标记,过期时间300秒 ``` - **注意事项**:需在反序列化时处理标记逻辑。 --- #### 7. **分代缓存管理** - **原理**:将缓存分为高频和低频数据区,对低频区的空值采用更短的TTL或直接跳过存储。 - **工具支持**:Caffeine 缓存的分代淘汰策略[^3]。 --- ### 综合建议 - **场景适配**:若业务需要频繁查询空值(如防缓存穿透),可结合空对象模式和短TTL。 - **监控指标**:通过工具(如JMX、Prometheus)监控缓存命中率、内存占用和GC频率,动态调整策略。 - **引用机制优化**:参考 `IntegerCache` 的对象复用思想,对空对象进行池化[^1]。 ---
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