Java动态编译优化——URLClassLoader 内存泄漏问题解决

一、动态编译案例

要说动态编译内存泄漏，首先我们先看一个案例（网上搜动态编译的资料是千篇一律，只管实现功能，不管内存泄漏，并且都恬不知耻的标识为原创！！）

Java URLClassLoader 动态编译案例：https://blog.csdn.net/huangshanchun/article/details/72835647

这篇文章和我google搜的其他文章、资料一样，属于JDK1.6以后的版本。确实能实现动态编译并加载，但是却存在严重的URLClassLoader内存泄漏的问题，并且存在SharedNameTable 和 ZipFileIndex的内存泄漏问题。

其中SharedNameTable问题我已经解决：参考

二、URLClassLoader问题分析和解决

1、问题发现

生产环境JVM的运行情况，OLD区爆满，FULlGC不停的执行，项目大概2小时挂掉了，如下图：

在使用VisualVM和 JProfile 两者工具远程分析 测试环境和生产环境的项目后，转储堆Dump文件，并转存到本地分析。 发现动态编译这块存在URLClassLoader的内存泄漏，如下图所示：

2、问题分析

URLClassLoader占了83%的内存空间，遂研究了一下动态编译这块的代码，原案例代码如下：

1. 
   
2. import javax.tools.*;
3. import java.io.File;
4. import java.net.URL;
5. import java.net.URLClassLoader;
6. import java.util.ArrayList;
7. import java.util.List;
9. public class DynamicCompile {
10. private URLClassLoader parentClassLoader;
11. private String classpath;
12. public DynamicCompile() {
13. this.parentClassLoader = (URLClassLoader) this.getClass().getClassLoader();
14. this.buildClassPath();// 存在动态安装的问题，需要动态编译类路径
15. }
17. private void buildClassPath() {
18. this.classpath = null;
19. StringBuilder sb = new StringBuilder();
20. for (URL url : this.parentClassLoader.getURLs()) {
21. String p = url.getFile();
22. sb.append(p).append(File.pathSeparator); //路径分割符linux为:window系统为;
23. }
24. this.classpath = sb.toString();
25. }
26. /**
27. * 编译出类
28. *
29. * @param fullClassName 全路径的类名
30. * @param javaCode java代码
31. *
32. * @return 目标类
33. */
34. public Class<?> compileToClass(String fullClassName, String javaCode) throws Exception {
35. JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
36. DiagnosticCollector<JavaFileObject> diagnostics = new DiagnosticCollector<>();
37. ClassFileManager fileManager = new ClassFileManager(compiler.getStandardFileManager(diagnostics, null, null));
39. List<JavaFileObject> jfiles = new ArrayList<>();
40. jfiles.add(new CharSequenceJavaFileObject(fullClassName, javaCode));
42. List<String> options = new ArrayList<>();
43. options.add("-encoding");
44. options.add("UTF-8");
45. options.add("-classpath");
46. options.add(this.classpath);
48. JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(null, fileManager, diagnostics, options, null, jfiles);
49. boolean success = task.call();
51. if (success) {
52. JavaClassObject jco = fileManager.getJavaClassObject();
53. DynamicClassLoader dynamicClassLoader = new DynamicClassLoader(this.parentClassLoader);
54. //加载至内存
55. return dynamicClassLoader.loadClass(fullClassName, jco);
56. } else {
57. for (Diagnostic diagnostic : diagnostics.getDiagnostics()) {
58. String error = compileError(diagnostic);
59. throw new RuntimeException(error);
60. }
61. throw new RuntimeException("compile error");
62. }
63. }
65. private String compileError(Diagnostic diagnostic) {
66. StringBuilder res = new StringBuilder();
67. res.append("LineNumber:[").append(diagnostic.getLineNumber()).append("]\n");
68. res.append("ColumnNumber:[").append(diagnostic.getColumnNumber()).append("]\n");
69. res.append("Message:[").append(diagnostic.getMessage(null)).append("]\n");
70. return res.toString();
71. }
72. }

URLClassLoader这里使用的是全局变量，并且是获取的当前类的ClassLoader(总的) ，在最后加载完class后，并没有关闭操作

this.parentClassLoader = (URLClassLoader) this.getClass().getClassLoader();

我想，那么用完之后我给这个parentClassLoader进行close不就解决了？ 我想的太简单了。

切忌：此处的URLClassLoader不能关闭，因为用的是当前所在类的ClassLoader，如果你关闭了，那么会导致你当前程序的其他类会ClassNotFoundException

3、问题解决（三种）。

1、因为这里使用的是源代码的内存级动态编译，即：

new CharSequenceJavaFileObject(fullClassName, javaCode)

所以，可以用自定义的FileManager 去获取classLoader ，参考：https://www.cnblogs.com/whuqin/p/4981948.html

但是这里因为是用的ClassLoader而不是URLClassLoader，其实也没法进行close。具体我没去测试有没有内存泄漏。

2、也可以使用源代码的文件级动态编译，去获取文件对应的URLClassLoader。

3、既然不能关闭全局的ClassLoader，又想用URLClassLoader，看了官网URLClassLoader的API后，想到其实可以自己new 一个URLClassLoader来处理动态编译后的Class加载。 毕竟自己new出来的可以直接关闭，不会影响全局类的加载，具体如下：

1. 
   
2. package com.yunerp.web.util.run.compile;
4. import org.apache.log4j.Logger;
5. import sun.misc.ClassLoaderUtil;
7. import javax.tools.DiagnosticCollector;
8. import javax.tools.JavaCompiler;
9. import javax.tools.JavaFileObject;
10. import javax.tools.ToolProvider;
11. import java.io.File;
13. import java.net.URL;
14. import java.net.URLClassLoader;
15. import java.util.ArrayList;
16. import java.util.List;
19. public class DynamicEngine {
21. private final Logger log = Logger.getLogger(this.getClass().getName());
24. /**
25. * @MethodName: 创建classpath
26. * @Description
27. */
28. private String buildClassPath() {
29. StringBuilder sb = new StringBuilder();
30. URLClassLoader parentClassLoader = (URLClassLoader) this.getClass().getClassLoader();
31. for (URL url : parentClassLoader.getURLs()) {
32. String p = url.getFile();
33. sb.append(p).append(File.pathSeparator);
34. }
35. return sb.toString();
36. }
38. /**
39. * @param fullClassName 类名
40. * @param javaCode 类代码
41. * @return Object
42. * @throws IllegalAccessException
43. * @throws InstantiationException
44. * @MethodName : 编译java代码到Object
45. * @Description
46. */
47. public Class javaCodeToObject(String fullClassName, final String javaCode) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
49. DynamicClassLoader dynamicClassLoader = null;
50. ClassFileManager fileManager = null;
51. List<JavaFileObject> jfiles = null;
52. JavaClassObject jco = null;
53. URLClassLoader urlClassLoader = null;
54. try {
55. //获取系统编译器
56. JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
58. // 建立DiagnosticCollector对象
59. DiagnosticCollector<JavaFileObject> diagnostics = new DiagnosticCollector<>();
60. //设置系统属性
61. System.setProperty("useJavaUtilZip", "true");
62. // 建立用于保存被编译文件名的对象
63. // 每个文件被保存在一个从JavaFileObject继承的类中
64. fileManager = new ClassFileManager(compiler.getStandardFileManager(diagnostics, null, null));
66. jfiles = new ArrayList<>();
67. jfiles.add(new CharSequenceJavaFileObject(fullClassName, javaCode));
69. //使用编译选项可以改变默认编译行为。编译选项是一个元素为String类型的Iterable集合
70. List<String> options = new ArrayList<>();
71. options.add("-encoding");
72. options.add("UTF-8");
73. options.add("-classpath");
74. //获取系统构建路径
75. options.add(buildClassPath());
76. //不使用SharedNameTable （jdk1.7自带的软引用，会影响GC的回收，jdk1.9已经解决）
77. options.add("-XDuseUnsharedTable");
78. //设定使用javaUtilZip，避免zipFileIndex泄漏
79. options.add("-XDuseJavaUtilZip");
81. JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(null, fileManager, diagnostics, options, null, jfiles);
83. // 编译源程序
84. boolean success = task.call();
86. if (success) {
87. //如果编译成功，用类加载器加载该类
88. jco = fileManager.getJavaClassObject();
89. URL[] urls = new URL[]{new File("").toURI().toURL()};
90. //获取类加载器（每一个文件一个类加载器）
91. urlClassLoader = new URLClassLoader(urls, Thread.currentThread().getContextClassLoader());
92. dynamicClassLoader = new DynamicClassLoader(urlClassLoader);
93. Class clazz = dynamicClassLoader.loadClass(fullClassName, jco);
94. return clazz;
95. } else {
96. log.error("编译失败: "+ fullClassName);
97. }
98. } catch (Exception e) {
99. e.printStackTrace();
100. } finally {
101. try {
102. //卸载ClassLoader所加载的类
103. if (dynamicClassLoader != null) {
104. dynamicClassLoader.close();
105. ClassLoaderUtil.releaseLoader(dynamicClassLoader);
106. }
107. if (urlClassLoader != null) {
108. urlClassLoader.close();
109. }
110. if (fileManager != null) {
111. fileManager.flush();
112. fileManager.close();
113. }
114. if (jco != null) {
115. jco.close();
116. }
117. jfiles = null;
118. } catch (Exception e) {
119. e.printStackTrace();
120. }
121. }
122. return null;
123. }
124. }

重新发布后，测试1天的结果如下：

至此：URLClassLoader问题解决，JVM的 OLD区正常，项目能正常运行一周左右（之前是2-4小时就内存泄漏挂掉了）

补充说明：

1、我这里使用URLClassLoader是new的一个空文件流，为什么选择这么做，因客观原因，必须要用源代码的内存级动态编译，这样我无法获取到文件的具体全路径。

2、其实可以优化的更彻底，即我去除options参数里面的classpath，这样就能不用全局的ClassLoader了, 一般来说，只要配置了环境变量CLASSPATH，项目运行就能获取到，但是不知道是否是服务器环境问题，开发和测试环境Linux没法取到classpath，导致编译失败。所以这里我还是保留了buildClassPath()方法。但是总体效果还是很明显了，虽然我有点强迫症。只能等后续有时间了再去研究了。

3、另外，代码中我加上了关于useJavaUtilZip的配置，以为能解决ZipFileIndex的问题，但是实际上这个问题仍然存在，但是影响不是那么大，等待后续或者其他人来研究了。

4、代码规范我没去格式化了，其实应该进行格式化一下，该封装方法的还是封装一下的好。

5、请各位看官尊重我的劳动成果，如转载，请标明原作地址，并在评论告知我一声，谢谢~