面试题：Java内存泄漏与底层机制深入探究

Question

从Java的垃圾回收机制、类加载机制等底层原理出发，深入分析一个由于不正确使用WeakHashMap而导致的内存泄漏案例。说明WeakHashMap的设计初衷，为何会出现内存泄漏，以及如何从根本上避免此类内存泄漏，同时探讨此类问题对系统性能和稳定性的长期影响。

Answer 1

WeakHashMap设计初衷

WeakHashMap的设计初衷是为了实现一种键为弱引用的映射。当一个键对象不再被其他强引用所指向时，该键值对会被垃圾回收机制回收，从而避免内存占用，适用于缓存等场景，当缓存对象在系统其他地方不再被使用时，能自动释放空间。

内存泄漏原因

1. 错误的使用方式：若在WeakHashMap外部持有了WeakHashMap中键的强引用，即使键所指向的对象在其他地方不再有意义，由于外部强引用的存在，键不会被垃圾回收，而WeakHashMap内部基于弱引用的机制无法正常清理该键值对，导致该键值对一直占用内存，进而造成内存泄漏。
2. 清理时机问题：WeakHashMap并不会在键对象成为弱可达（即只有弱引用指向它）时立即清理键值对。它是在进行put、remove等操作或者在垃圾回收过程中检测到键对象不可达时才进行清理。如果长时间没有这些操作，即使键对象应该被回收，其对应的键值对也会一直留在WeakHashMap中，占用内存。

避免内存泄漏方法

1. 确保没有外部强引用：在使用WeakHashMap时，要确保除了WeakHashMap自身的弱引用外，没有其他地方持有键的强引用。例如在缓存场景中，要避免缓存对象在其他模块被错误地长期引用。
2. 主动清理：可以定期调用WeakHashMap的removeEldestEntry方法（如果重写了该方法用于判断是否移除最旧的元素），或者手动调用keySet获取键集，遍历并移除已经不再需要的键值对，以确保WeakHashMap中的数据得到及时清理。

对系统性能和稳定性的长期影响

1. 性能影响：内存泄漏会导致内存使用量不断增加，随着时间推移，系统可用内存减少，可能导致频繁的垃圾回收，甚至引发OutOfMemoryError。垃圾回收的频繁执行会占用大量CPU时间，降低系统处理其他任务的能力，从而严重影响系统性能。
2. 稳定性影响：持续的内存泄漏最终可能导致系统因内存耗尽而崩溃，降低系统的稳定性。对于长时间运行的系统，如服务器应用，内存泄漏问题若不解决，随着运行时间增长，出现故障的概率会不断增大，影响业务的正常运行。