在 JavaFX 3D 中删除对象时内存泄漏

Question

我编写了一个 N 体模拟 JavaFX 程序，它将模拟体显示为球体。不幸的是，我正在为内存泄漏而苦苦挣扎。

我发现当从容器中删除球体时，分配给球体的内存不会被释放，即使不存在对球体的引用（至少在我的代码中是这样）。

很容易重现该行为：下面的代码本质上是创建JavaFX项目时Eclipse自动生成的JavaFX代码。我添加了一个按钮和一个组（用作球体的容器）。单击该按钮会调用方法 createSpheres，每次单击都会向容器添加 500 个球体，并在控制台中显示已用（堆）内存。

    package application;

    import java.util.Random;
    import javafx.application.Application;
    import javafx.stage.Stage;
    import javafx.scene.Group;
    import javafx.scene.Scene;
    import javafx.scene.control.Button;
    import javafx.scene.layout.VBox;
    import javafx.scene.shape.Sphere;

    public class Main extends Application {
        @Override
        public void start(Stage primaryStage) {
            try {

                // --- User defined code -----------------
                VBox root = new VBox();
                Button btn = new Button("Add spheres...");
                Group container = new Group();
                root.getChildren().addAll(btn, container);
                btn.setOnAction(e -> {
                    createSpheres(container);
                });
                // ---------------------------------------
                Scene scene = new Scene(root,400,400);
                primaryStage.setScene(scene);
                primaryStage.show();
            } catch(Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        public static void main(String[] args) {
            launch(args);
        }

        // --- User defined code ------------------------------------------------------------------------
        // Each call increases the used memory although the container is cleared and the GC is triggered. 
        // The problem does not occur when all spheres have the same radius.
        // ----------------------------------------------------------------------------------------------
        private void createSpheres(Group container) {
                container.getChildren().clear();
                Runtime.getRuntime().gc();
                Random random = new Random();
                for (int i = 0; i < 500; i++) {
                    //double d = 100;                               // OK
                    double d = 100 * random.nextDouble() + 1;       // Problem 
                    container.getChildren().add(new Sphere(d));
                }
                System.out.printf("Spheres added. Total number of spheres: %d. Used memory: %d Bytes of %d Bytes.\n", 
                        container.getChildren().size(), 
                        Runtime.getRuntime().totalMemory() - Runtime.getRuntime().freeMemory(),
                        Runtime.getRuntime().maxMemory());
        }
        // ----------------------------------------------------------------------------------------------
    }

当我启动程序时，尽管在方法开始时使用 container.getChildren().clear() 清除了容器，但每次单击时使用的内存都会增加（正如预期的那样，调用会删除单击上一个按钮但使用的内存进一步增加）。 Runtime.getRuntime().gc() 的以下调用也是无效的（正如预期的那样，gc 已启动但内存未释放）。似乎球体仍然从某个地方引用，或者资源没有被释放，大概是在 JavaFX 代码中。

程序的输出如下所示：我使用了 4GB (-Xmx4g) 的最大 JVM 堆。单击大约 30 次后，达到最大堆大小，应用程序因内存不足异常而崩溃。还显示了直接在添加球体之前和抛出异常之后的 Visual VM 输出。后者显示了一个几乎满的 "old generation" 池。最后一张图显示了添加球体期间的堆。尽管 GC 执行了 106 次收集，但没有释放任何内存。

Program console output

Visual VM: Heap before the spheres are added

Visual VM: Heap after the spheres are added and the out-of-memory-exception was thrown

Visual VM: Heap during the adding of the spheres

值得注意的是，行为取决于球体的半径。在示例代码中，每个球体都有一个伪随机半径。当 SAME 半径用于所有球体时（与值无关），例如new Sphere(100)，使用的内存保持不变，即内存以适当的方式释放！但是具有不同半径的球体越多，应用程序消耗的内存就越多。下图显示了球体具有相同半径时的内存。内存已释放。

Visual VM: Heap during the adding of the spheres in the case of identical radii

我使用 JDK-9.0.1/JRE-9.0.1 和 Eclipse Oxygen.1a 版本 (4.7.1a)，构建 ID：20171005-1200 以及 JRE1.8。0_151 和 Eclipse Neon.3 Release (4.6.3)，Build id：20170314-1500。我的 OS 是 Windows 7 Ultimate，64 位。

有没有人知道我该如何解决这个问题（如果可能的话）或者它实际上是一个 JavaFX 内存泄漏问题？

Answer 1

您的问题的答案可以在名为 javafx.scene.shape.PredefinedMeshManager.

的受保护 class 包中找到

每次创建 Sphere/Box/Cylinder 3D 形状时，TriangleMesh 对象都会添加到 HashMap，基于给定密钥。

对于球体，此键基于它们的半径和分割数：

private static int generateKey(float r, int div) {
    int hash = 5;
    hash = 23 * hash + Float.floatToIntBits(r);
    hash = 23 * hash + div;
    return hash;
}

在你的测试中，你没有修改分割的数量，所以当你对所有 500 个球体使用相同的半径时，你会为所有的球体生成相同的键，所以管理器 hashMap 将始终包含一个单个元素。

这对于您有多个具有完全相同网格的球体的常规情况非常方便：您不必重新生成这些网格，只需执行一次并缓存网格。

相反，如果球体的半径不同，键将始终不同，每次单击都会向 hashMap 添加 500 个新对象。

当您用球体清理容器时，管理器不知道这一点，也不会从 hashMap 中删除它们，因此计数会增加，直到出现内存异常。

通过反射，我设法在添加 500 个球体时监控 sphereCache 的大小，直到出现内存异常：

Spheres added. Total number of spheres: 500. Used memory: 7794744 Bytes of 3817865216 Bytes.
sphereCache: javafx.scene.shape.PredefinedMeshManager@cb26fc7 Size: 500

Spheres added. Total number of spheres: 500. Used memory: 147193720 Bytes of 3817865216 Bytes.
sphereCache: javafx.scene.shape.PredefinedMeshManager@cb26fc7 Size: 1000

...

Spheres added. Total number of spheres: 500. Used memory: 3022528400 Bytes of 3817865216 Bytes.
sphereCache: javafx.scene.shape.PredefinedMeshManager@cb26fc7 Size: 11497

Spheres added. Total number of spheres: 500. Used memory: 3158410200 Bytes of 3817865216 Bytes.
sphereCache: javafx.scene.shape.PredefinedMeshManager@cb26fc7 Size: 11996

Spheres added. Total number of spheres: 500. Used memory: 3292418936 Bytes of 3817865216 Bytes.
sphereCache: javafx.scene.shape.PredefinedMeshManager@cb26fc7 Size: 12185

Exception in thread "JavaFX Application Thread"  java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3284)
at com.sun.javafx.collections.ObservableIntegerArrayImpl.ensureCapacity(ObservableIntegerArrayImpl.java:254)
at com.sun.javafx.collections.ObservableIntegerArrayImpl.setAllInternal(ObservableIntegerArrayImpl.java:131)
at com.sun.javafx.collections.ObservableIntegerArrayImpl.setAll(ObservableIntegerArrayImpl.java:156)
at javafx.scene.shape.Sphere.createMesh(Sphere.java:420)
at javafx.scene.shape.PredefinedMeshManager.getSphereMesh(PredefinedMeshManager.java:68)
at javafx.scene.shape.Sphere.impl_updatePeer(Sphere.java:157)
at javafx.scene.Node.impl_syncPeer(Node.java:503)
at javafx.scene.Scene$ScenePulseListener.synchronizeSceneNodes(Scene.java:2290)

显然，如果我们可以访问该缓存，我们就可以防止这种内存泄漏：

private void createSpheres(Group container) {
    container.getChildren().clear();
    if (sphereCache != null) {
        sphereCache.clear();
    }
    ...

}

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在 JavaFX 3D 中删除对象时内存泄漏

Memory leaks when removing objects in JavaFX 3D

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