疑难杂症录：C++代码出现内存泄露？不是吧…

JoshWindsor

前段时间做一个需求，需要用到一个本地词典文件。该词典原始文件超过2G，在服务启动的时候加载到内存中，并且保持词典数据的热加载，也就是不停服更新词典数据到服务进程的内存中。
之前有同事在其他项目中有热更新词典的代码，我就直接拿来用了。这是典型的双Buffer词典。也就是程序运行期间，内存中会同时维持两份词典：一份前台词典供运行时各处理逻辑检索，另一份是后台词典，在检测到目标文件修改时（通过检查文件mtime判断的是否更新）。在词典数据更新时，重新解析加载，最新的数据储存到后台词典中。最后两个词典做0 - 1 切换，也就是前台词典变后台词典，后台词典变前台词典。
词典类在服务中采用的核心数据结构是unordered_map。前后台词典也就是会存在两个unordered_map。key是某某ID，value是词典原始文件逐行解析后重组出来的protobuf Message对象。
在线下环境（非线上生产环境）测试的时候，自测完代码逻辑无问题。喵了一眼机器基础指标，发现内存会多次上涨。


自己画的：横轴是时间，纵轴是机器占用内存
内存占用在 5-10G之间那次是第一次启动完成的时间，后面又连续涨了两次。怀疑是有内存泄露，在把流量停掉以后，重启服务。观测到内存仍旧会规律上涨，且一个小时会涨一次。如此规律，让人不得不怀疑是词典更新导致。词典文件是ceph挂载的，会自动更新，所以我几乎没关注过。确认了一下词典的更新时间和更新频率。确实也是一小时更新一次，且其每次更新的时间和内存每次上涨时间相match。
想尽快验证一下是否真的是词典更新导致的内存上涨，等着词典一次一次例行更新就太慢了。不过由于这个词典API判断词典是否更新是检测的文件修改时间（mtime），所以通过touch该词典文件，可以提前触发词典的加载。
按理说双buffer的词典，在正常启动后暴涨一次内存是合理的。因为启动的时候内存中加载了词典的一个版本。一个小时之后词典更新，第二个版本的词典数据也会加入到内存。而彼时原先的前台词典虽然变成了后台词典，但是内存并不会立即delete（持有旧词典数据的unordered_map）。因为可能运行的请求处理逻辑仍然会用到旧词典。
重新阅读这个词典API的实现。当内存中存在两个版本的词典后，等到词典第二次更新到时候（也就是第三个版本词典出现的时候），该实现逻辑是先创建一个词典对象存储第三个版本词典的数据。若其加载解析成功则原先的后台词典对象就会被delete（第一个版本的词典占用的内存被释放）。然后后台词典的指针指向刚新建的对象（第三个版本的词典正式成为后台词典），最后做前后台词典的切换（第三个版本词典成为前台词典，第二个版本的词典变成后台词典）。
也就是说按照这个词典API的实现逻辑，内存中确实存在某个时刻存储着三份词典的数据，涨两次内存也说得通，但是当新的词典加载完成，上上个版本的词典对象是会被delete的。所以内存应该回落才对！难道是delete没有被触发吗？
尝试了touch了几次词典文件发现，确实词典文件更新会导致内存连续上涨。但诡异的是后来我尝试缩减词典到一个特别小的大小，却观察到机器内存并不会下降！哦？这是词典API本身存在内存泄露的风险吗？和刚才看代码时的疑惑一样，上上版本的词典没有触发delete？然而通过多次测试又发现这样一个事实：
词典内存不会永远上涨，启动完成之后，最多涨两次，第三次也会涨但比较少，第四次五次更新词典文件，则几乎不会导致内存的变化！如果说存在词典对象没有被正常delete，那么内存占用应该会继续上涨，而不是趋于稳定。
头疼。一方面内存不会无限上涨，不像是内存泄露；但另一方面词典缩小却不会导致内存占用减少。
这……让我在十月的深夜凌乱了。问题又兜回来了吗？这到底是不是内存泄露?或者到底是不是词典更新导致的呢？
尝试了用一些工具来辅助定位是否有内存泄露的风险，但一无所获。后来注释掉了每行词典数据重组成pb对象之后insert进unordered_map的代码，经测试词典更新确实不会再导致内存上涨。说白了实锤了内存上涨就是这两个前后台的unordered_map引起的。然而通过加日志也能证实每次旧map对象的delete每次都有被调用到，也就是不存在第三个map对象没被delete的情况，那么为什么delete掉对象后，其占用的内存无法释放呢？
遽然陷入绝境，坐困愁城。
相关视频推荐
4种实时线上内存泄漏检测的实现方式
LinuxC++丨内存泄漏的3个解决方案与原理实现
90分钟了解 Linux内存架构
LinuxC++后台服务器开发架构师免费学习地址
【文章福利】：小编整理了一些个人觉得比较好的学习书籍、视频资料共享在群文件里面，有需要的可以自行添加哦！~点击832218493加入（需要自取）



突然我灵光一现：会不会是glibc导致的持呢？我们都知道内存分配器，比如glibc的ptmalloc，有时候内存分配器的内存管理策略并不一定如我们所愿。
紧接着我以『glibc delete对象内存不释放』为开端经过一系列搜索，终于发现其他人也遇到过类似的问题：



经证实确实glibc有这样的内存分配策略：为了避免大对象频繁的内存分配和释放，glibc并不一定会把delete的对象内存立即归还给操作系统，有时候可能继续让进程持有该内存。当后续再有大对象需要分配的时候，可以直接使用，而不再需要再去向操作系统申请内存。glibc这个策略其实是为了提高内存分配效率的，并且也不会无限占用内存，而是在达到某个平衡点之后内存便不再增长，这也和我所观察到的现象一致。


说到底这其实不算是一次『内存泄露』。然而这个现象既然不会持续占用内存，那么到底需不需要解决呢？在我的场景下，答案是肯定的。因为我们的词典比较大，且不可控，当线上正常服务的时候，内存也会正常上涨，其实是存在OOM风险的。在运行效率和服务稳定性之间相比较，自然要让步于稳定性。

那么怎么解决呢？虽然没有直接搜索到答案，但是直觉告诉我一个更好的内存分配器或许可以解决。死马当活马医，于是我尝试了让程序链接tcmalloc或jemalloc。最终jemalloc表现良好，可以慢慢释放掉多余占用的内存。



那些凸起的线是加载和解析词表的过程中，突然飙上来的内存，但随机又很快回落，接着慢慢继续回落。其实jemalloc在针对大对象存储时，其性能表现也并不差，甚至使用了jemalloc之后服务一次请求响应的耗时还有不少缩减。
原文：疑难杂症录：C++代码出现内存泄露？不是吧…
侵删~