Hukommelseslekkasjer: Hva de er og hvordan fikse dem
Akkurat som hjernen er essensiell for menneskets liv, er hukommelse like avgjørende for datamaskiner. Uten tilstrekkelig RAM kan ikke systemet ditt utføre oppgaver.
RAM-mangel og andre hukommelsesproblemer kan skyldes hukommelseslekkasjer. Derfor skal vi utforske hvordan du kan identifisere og korrigere disse lekkasjene.
La oss først få en bedre forståelse av hva hukommelseslekkasjer er og hvorfor det er viktig å fikse dem.
Hva er hukommelseslekkasjer?
Tenk deg en parkeringsplass ved siden av et kjøpesenter, hvor biler blir stående parkert, uavhengig av om kundene har avsluttet handelen eller ikke. Etter hvert vil det ikke være plass til nye biler, noe som fører til trafikkork og reduserer kjøpesenterets effektivitet.
Bildekilde: prateeknima.medium.com
Det samme gjelder for datamaskiner!
Dataprogrammer, i likhet med biler på en parkeringsplass, kan «glemme» å frigjøre brukt minne når det ikke lenger er nødvendig. Dette legger en byrde på minnet ditt og hindrer at nye oppgaver kjører problemfritt, noe som resulterer i en vanlig minnefeil kalt en hukommelseslekkasje.
Her er et kodeeksempel for å illustrere en hukommelseslekkasje:
void memory_allocation() {
int *ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
}
C-kodebiten ovenfor reserverer minne for en heltallsvariabel og tildeler minneadressen til pekeren «ptr». Men det finnes ingen kode for å frigi minnet, noe som fører til en hukommelseslekkasje.
def infinite_rec():
return infinite_rec()
I Python-koden ovenfor er det ingen grunnleggende betingelse for å avslutte funksjonen. Derfor fører denne koden til stakkoverflyt og hukommelseslekkasje.
Vanlige årsaker til hukommelseslekkasjer
Programmererens forsømmelse
En primær årsak til hukommelseslekkasjer er programmererens uoppmerksomhet.
Programmerere tildeler ofte data til minnet, men glemmer noen ganger å frigjøre det når det ikke lenger er i bruk. Dette binder minnet og forhindrer at kommende oppgaver kan kjøre, noe som skaper den såkalte «hukommelseslekkasjen».
Programmeringsspråk
Bruk av programmeringsspråk som mangler et innebygd system for minnehåndtering, kan føre til hukommelseslekkasjer.
Programmeringsspråk som Java har innebygde søppelsamlere for å håndtere minnehåndtering automatisk.
Men for eksempel, C++ har ikke en innebygd søppelsamler. Her må programmereren administrere minnet manuelt, og dette kan føre til hukommelseslekkasjer hvis de glemmer å rydde opp i minnet manuelt.
Overdreven bruk av cache
Ofte brukte data, oppgaver eller applikasjoner lagres i cache for raskere tilgang.
Dette kan føre til hukommelseslekkasjer hvis elementene blir værende i cachen selv om de er utdaterte eller ikke lenger samsvarer med gjeldende bruk.
Bruk av globale variabler
Globale variabler holder tildelte data gjennom hele programmets levetid. Bruk av mange globale variabler over tid kan derfor føre til høyere minnebruk og gi hukommelseslekkasjer.
Ineffektive datastrukturer
Utviklere lager ofte egne datastrukturer for å oppnå tilpasset funksjonalitet. Hukommelseslekkasjer kan oppstå når disse datastrukturene ikke frigjør brukt minne.
Ulukked forbindelser
Å la være å lukke filer, databaser eller nettverkstilkoblinger etter bruk kan også forårsake hukommelseslekkasjer.
Konsekvenser av hukommelseslekkasjer
Lav ytelse: Du vil oppleve en gradvis reduksjon i applikasjonens eller systemets ytelse når hukommelseslekkasjer akkumuleres. Dette skyldes at det ikke er nok minne tilgjengelig for oppgaver, noe som gjør applikasjonen tregere.
Applikasjonskrasj: Applikasjoner kan gå tom for minne etter hvert som hukommelseslekkasjer vokser. Til slutt, uten tilgjengelig minne, krasjer programmet, noe som resulterer i tap av data og feil.
Sikkerhetssårbarheter: Hvis sensitive data, som passord, personlige detaljer eller konfidensiell informasjon, ikke slettes korrekt fra minnet etter bruk, vil disse dataene være tilgjengelig for angripere under en hukommelseslekkasje.
Ressursbruk: Applikasjoner som går tom for minne på grunn av hukommelseslekkasjer vil bruke mer plass fra RAM. Dette øker ressursforbruket og reduserer den generelle systemytelsen.
Hvordan oppdage hukommelseslekkasjer?
Manuell kodeinspeksjon
Gjennomgå kildekoden for å finne tilfeller hvor minne er tildelt, men ikke frigjort etter bruk. Se etter variabler og objekter i koden som bruker minne, men som ikke frigjør det når det ikke lenger er nødvendig.
Hold også et øye med de viktigste kildene til datalagring, for å forsikre deg om at datastrukturer administrerer minnet korrekt.
Statisk kodeanalyse
Diverse statiske analyseverktøy analyserer kompilatorens kildekode og avdekker hukommelseslekkasjer.
Noen ganger oppdager de vanlige mønstre, regler og feil i koden for å forutse potensielle hukommelseslekkasjer før de oppstår.
Dynamiske analyseverktøy
Disse verktøyene benytter en dynamisk tilnærming for å analysere koden under kjøring og oppdage hukommelseslekkasjer.
Dynamiske analyseverktøy undersøker objekters, funksjoners og minnebruk sin oppførsel under kjøring. Dette gjør disse verktøyene svært nøyaktige når det gjelder å oppdage hukommelseslekkasjer.
Profileringsverktøy
Profileringsverktøy gir deg innsikt i hvordan applikasjonen bruker minnet.
Som utvikler kan du bruke denne informasjonen til å analysere programmets minnebruk og optimalisere teknikkene for minnehåndtering for å unngå krasj og problemer med minneforringelse.
Biblioteker for hukommelseslekkasjedeteksjon
Enkelte programmeringsspråk tilbyr innebygde biblioteker eller tredjepartsbiblioteker for å oppdage hukommelseslekkasjer i programmet.
For eksempel har Java en søppelsamler for å håndtere minne, og C++ tilbyr CrtDbg for minnehåndtering.
Spesialiserte biblioteker som LeakCanary, Valgrind og YourKit finnes også for å håndtere hukommelseslekkasjer i forskjellige typer applikasjoner.
Hvordan fikse en hukommelseslekkasje?
Identifiser hukommelseslekkasjene
For å fikse hukommelseslekkasjer må du først identifisere dem.
Du kan enten gjøre en manuell inspeksjon eller bruke et automatisert verktøy for å finne ut om appen lekker minne. Du kan prøve de andre metodene nevnt ovenfor for å oppdage lekkasjene.
Finn objektene som forårsaker lekkasjen
Når du har bekreftet at appen lekker minne, bør du se etter objektene og datastrukturene som forårsaker lekkasjen. Forstå hvordan de er tildelt minne og hvor de skal frigi det.
Opprett testsaker
Nå som du har funnet nøyaktig hvor minnelekkasjen er, bør du lage en testsak. Dette for å sikre at du har identifisert kilden til minnelekkasjen riktig og for å bekrefte at lekkasjen forsvinner når du fikser de spesifikke objektene.
Fiks koden
Legg til minnetildelingskoden for å frigi minnet som er blokkert av de identifiserte defekte objektene. Hvis koden allerede finnes, må du oppdatere den slik at den frigjør det brukte minnet riktig.
Test igjen
Bruk lekkasjedeteksjonsverktøy eller automatiserte tester for å sjekke at applikasjonen fungerer som den skal og at det ikke er noen minneblokkering.
Test også ytelsen og funksjonene i appen for å sikre at kodeoppdateringen ikke påvirker andre faktorer i appen.
Beste praksis for å unngå hukommelseslekkasjer
Vær en ansvarlig programmerer
Du må være bevisst på å frigi brukt minne eller slippe minnepekere mens du skriver koden. Dette vil minimere problemer med hukommelseslekkasjer.
Husker du koden nedenfor? Som nevnt i begynnelsen av artikkelen, er det ingen kode for å frigi minnet, noe som fører til hukommelseslekkasje.
void memory_allocation() {
int *ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
}
Her ser du hvordan du som programmerer kan frigi minnet.
delete ptr;
Bruk programmeringsspråk med innebygd minnehåndtering
Programmeringsspråk som Java eller Python har innebygde minnehåndteringsbiblioteker som søppelsamlere som automatisk håndterer minnelekkasjer.
Selv om du skulle overse noen tilfeller, vil disse innebygde verktøyene håndtere dem og forhindre potensielle minnelekkasjer.
Jeg anbefaler derfor at du bruker slike programmeringsspråk der minnehåndtering er innebygd.
Sirkulære referanser
Unngå sirkulære referanser i programmet ditt.
Sirkulære referanser følger en lukket sløyfe der objekter refererer til hverandre. For eksempel refererer objekt a til b, objekt b refererer til c, og objekt c refererer igjen til a, uten at det finnes noen ende på sløyfen. Disse sirkulære referansene fører til en uendelig sløyfe som forårsaker hukommelseslekkasjer.
Minimer bruken av globale variabler
Du bør unngå å bruke globale variabler hvis du er bekymret for minneeffektiviteten. Globale variabler bruker minne under hele programmets kjøretid, noe som er en dårlig praksis i minnehåndtering.
Bytt derfor til lokale variabler. Disse er minneeffektive ettersom de frigjør minnet når funksjonskallet er fullført.
Globale variabler ser ut som følger, men bruk dem bare når det er nødvendig.
int x = 5 // Global variabel
void func(){
print(x)
}
Men bruk lokale variabler som følger:
void func(){
int x = 5 // Lokal variabel
print(x)
}
Begrens cache-minne
Sett en grense for hvor mye minne hurtigbufferen kan bruke. Noen ganger vil alle oppgaver du utfører i systemet lagres i hurtigbufferen, og denne akkumuleringen kan føre til hukommelseslekkasjer.
Derfor kan det å begrense cachen forhindre at hukommelseslekkasjer oppstår.
Test grundig
Inkluder tester for hukommelseslekkasjer i testfasen.
Lag automatiserte tester og dekk alle eventualiteter for å oppdage hukommelseslekkasjer før koden slippes til produksjon.
Bruk overvåkingsverktøy
Bruk automatiserte profileringsverktøy for å overvåke minnebruken din. Å spore minnebruken regelmessig hjelper deg med å identifisere potensielle lekkasjer og fikse dem på forhånd.
Visual Studio profiler, NET Memory profiler og JProfiler er gode verktøy for dette formålet.
Konklusjon
Effektiv minnehåndtering er nødvendig for å oppnå optimal applikasjonsytelse, og hukommelseslekkasjer kan ikke ignoreres i denne sammenhengen. For effektiv minnebehandling bør du håndtere hukommelseslekkasjer og forhindre at de oppstår i fremtiden. Denne artikkelen handler om hvordan du kan gjøre dette.
Vi har vist deg ulike metoder for å oppdage hukommelseslekkasjer, trinn for å fikse dem, og beste praksis for å unngå dem i fremtiden.
Du kan også utforske hvordan du fikser «tomt minne»-feil i Windows på under 5 minutter.