内存泄漏检测与预防

内存泄漏的定义与危害

内存泄漏指的是程序中已动态分配的堆内存由于某种原因未释放或无法释放，造成系统内存浪费，导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃。在Express应用中，内存泄漏可能导致服务性能下降、响应时间增加，严重时引发进程崩溃。常见场景包括未清理的定时器、未关闭的数据库连接、全局变量滥用等。

// 典型的内存泄漏示例
const leaks = [];
app.get('/leak', (req, res) => {
  leaks.push(new Array(1000000).join('*'));
  res.send('Memory leaking...');
});

Express中的常见泄漏场景

未清理的定时器

未清除的setInterval或setTimeout会持续持有闭包引用，导致相关作用域内的变量无法回收：

app.get('/timer-leak', (req, res) => {
  const hugeData = new Array(1000000).fill('data');
  setInterval(() => {
    console.log(hugeData.length); // 闭包持有hugeData引用
  }, 1000);
  res.send('Timer started');
});

未关闭的数据库连接

MongoDB/MySQL连接未正确关闭时，连接池资源会逐渐耗尽：

app.get('/db-leak', async (req, res) => {
  const client = await MongoClient.connect('mongodb://localhost');
  const data = await client.db('test').collection('users').find({}).toArray();
  res.json(data); // 忘记调用client.close()
});

全局变量滥用

将请求相关数据存储在全局变量中，导致请求间数据污染：

const userCache = {};
app.get('/cache-leak/:id', (req, res) => {
  userCache[req.params.id] = fetchUserData(req.params.id); // 无限增长的缓存
  res.json(userCache[req.params.id]);
});

内存泄漏检测工具

Node.js内置工具

使用--inspect参数启动应用后，通过Chrome DevTools的Memory面板进行堆快照分析：

node --inspect server.js

heapdump模块

生成堆内存快照文件进行离线分析：

const heapdump = require('heapdump');
app.get('/heapdump', (req, res) => {
  heapdump.writeSnapshot('/tmp/' + Date.now() + '.heapsnapshot');
  res.send('Heap snapshot created');
});

clinic.js工具链

自动化诊断工具提供内存泄漏检测：

clinic doctor -- node server.js

预防内存泄漏的最佳实践

资源释放模式

采用"获取-使用-释放"的明确生命周期管理：

app.get('/safe-db', async (req, res) => {
  let client;
  try {
    client = await MongoClient.connect('mongodb://localhost');
    const data = await client.db('test').collection('users').find({}).toArray();
    res.json(data);
  } finally {
    if (client) await client.close();
  }
});

事件监听器清理

移除不再需要的事件监听器：

function setupSocket(socket) {
  const onMessage = (data) => console.log(data);
  socket.on('message', onMessage);
  
  socket.on('close', () => {
    socket.off('message', onMessage); // 显式移除监听器
  });
}

缓存控制策略

实现缓存大小限制和过期机制：

class LRUCache {
  constructor(maxSize) {
    this.maxSize = maxSize;
    this.cache = new Map();
  }
  
  get(key) {
    const item = this.cache.get(key);
    if (item) {
      this.cache.delete(key);
      this.cache.set(key, item);
    }
    return item;
  }
  
  set(key, val) {
    if (this.cache.size >= this.maxSize) {
      const oldestKey = this.cache.keys().next().value;
      this.cache.delete(oldestKey);
    }
    this.cache.set(key, val);
  }
}

生产环境监控方案

内存阈值监控

使用process.memoryUsage()实现自动重启：

setInterval(() => {
  const { heapUsed } = process.memoryUsage();
  if (heapUsed > 500 * 1024 * 1024) { // 500MB阈值
    console.error('Memory threshold exceeded');
    process.exit(1); // 让进程管理器重启服务
  }
}, 5000);

Prometheus+Grafana监控

集成内存指标监控系统：

const client = require('prom-client');
const heapUsed = new client.Gauge({
  name: 'node_heap_used_bytes',
  help: 'Process heap used bytes'
});

setInterval(() => {
  heapUsed.set(process.memoryUsage().heapUsed);
}, 10000);

app.get('/metrics', async (req, res) => {
  res.set('Content-Type', client.register.contentType);
  res.end(await client.register.metrics());
});

高级调试技巧

核心转储分析

生成核心转储文件进行深度分析：

ulimit -c unlimited
node server.js
# 发生崩溃后生成core文件
gdb node core

WeakRef与FinalizationRegistry

利用ES2021新特性追踪对象生命周期：

const registry = new FinalizationRegistry((heldValue) => {
  console.log(`对象 ${heldValue} 已被GC回收`);
});

app.get('/weak-ref', (req, res) => {
  const largeObj = { data: new Array(1000000).fill('x') };
  registry.register(largeObj, 'largeObj');
  res.send('Check console for GC notifications');
});