ThreadLocal 內(nèi)存泄漏

ThreadLocal 翻譯就是線(xiàn)程局部變量畦攘,就是這個(gè)變量只存在于當(dāng)前的線(xiàn)程霸妹,只存在于當(dāng)前的線(xiàn)程,那么完美解決了并發(fā)共享資源導(dǎo)致并發(fā)不安全的問(wèn)題知押。

源碼

java.lang.ThreadLocal#get

    /**
     * Returns the value in the current thread's copy of this
     * thread-local variable.  If the variable has no value for the
     * current thread, it is first initialized to the value returned
     * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
     *
     * @return the current thread's value of this thread-local
     */
    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t); // 1
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); 
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }
   
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

// 1 從當(dāng)前線(xiàn)程獲取一個(gè)ThreadLocalMap叹螟,threadLocals 是Thread中的一個(gè)變量鹃骂,ThreadLocalMap是Thread中的一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)。

Thread 類(lèi)中的變量 threadLocals

    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

    /*
     * InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is
     * maintained by the InheritableThreadLocal class.
     */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;

ThreadLocalMap

static class ThreadLocalMap {

        /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

        /**
         * The initial capacity -- MUST be a power of two.
         */
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        /**
         * The table, resized as necessary.
         * table.length MUST always be a power of two.
         */
        private Entry[] table;

        /**
         * The number of entries in the table.
         */
        private int size = 0;

ThreadLocalMap的Entry 類(lèi) 注釋中說(shuō)道當(dāng)entry.get() == null 代表key不再被引用罢绽,這個(gè)entry可以從table中釋放了畏线,也可以看到Entry.java繼承了WeakReference.java(弱引用)

看到Entry[]table 變量 和Entry類(lèi),可以理出來(lái) 引用關(guān)系為 Thread->ThreadLocalMap-> Entry[]->Entry-> ThreadLocal 和 Value良价。

引用關(guān)系

引用概念

強(qiáng)引用

強(qiáng)引用是使用最普遍的引用寝殴。如果一個(gè)對(duì)象具有強(qiáng)引用,那垃圾回收器絕不會(huì)回收它明垢。

軟引用

如果一個(gè)對(duì)象只具有軟引用蚣常,則內(nèi)存空間充足時(shí),垃圾回收器就不會(huì)回收它痊银;如果內(nèi)存空間不足了抵蚊,就會(huì)回收這些對(duì)象的內(nèi)存。

弱引用

弱引用也是用來(lái)描述那些非必須對(duì)象溯革,但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些贞绳,被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生為止。當(dāng)垃圾收集器開(kāi)始工作致稀,無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠熔酷,都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。在JDK 1.2版之后提供了WeakReference類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)弱引用豺裆。

  public static void main(String[] args) {
        WeakReferenceObject weakReferenceObject = new WeakReferenceObject();
        WeakReference<WeakReferenceObject> weakReference = new WeakReference<>(weakReferenceObject);
        System.out.println(weakReference.get());
        System.gc();
        System.out.println(weakReference.get());
        weakReferenceObject = null;
        System.gc();
        System.out.println(weakReference.get());
    }

    public static class WeakReferenceObject{
        @Override
        protected void finalize() throws Throwable {
            System.out.println("finalize ");
        }
    }
// output
WeakReferenceDemo$WeakReferenceObject@4d591d15
com.daxiyan.study.base.concurrent.WeakReferenceDemo$WeakReferenceObject@4d591d15
null
finalize 

虛引用

虛引用顧名思義,就是形同虛設(shè)号显。與其他幾種引用都不同臭猜,虛引用并不會(huì)決定對(duì)象的生命周期。如果一個(gè)對(duì)象僅持有虛引用押蚤,那么它就和沒(méi)有任何引用一樣蔑歌,在任何時(shí)候都可能被垃圾回收器回收。

ThreadLocal的弱引用

// Entry的構(gòu)造方法中可以看出ThreadLocal 作為WeakReference的referent揽碘。那么在下一次垃圾回收時(shí)Entry中的ThreadLocal會(huì)被回收掉次屠。

內(nèi)存泄漏

這里的內(nèi)存泄漏指的是 無(wú)用對(duì)象(不再使用的對(duì)象)持續(xù)占有內(nèi)存或無(wú)用對(duì)象的內(nèi)存得不到及時(shí)釋放,從而造成內(nèi)存空間的浪費(fèi)稱(chēng)為內(nèi)存泄漏雳刺。

當(dāng)ThreadLocal變量和 Entry的Key ThreadLocal 弱引用被釋放后劫灶,但是Entry的value還沒(méi)被釋放,并且不再使用掖桦,這時(shí)就導(dǎo)致了內(nèi)存泄漏本昏。

內(nèi)存泄漏

ThreadLocal對(duì)Entry的key為null情況的優(yōu)化

java.lang.ThreadLocal.ThreadLocalMap#getEntry

 private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
            Entry e = table[i];
            if (e != null && e.get() == key)
                return e;
            else
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);
        }

如果當(dāng)前ThreadLocal匹配不到key,那么將調(diào)用getEntryAfterMiss方法枪汪。

java.lang.ThreadLocal.ThreadLocalMap#getEntryAfterMiss

 /**
         * Version of getEntry method for use when key is not found in
         * its direct hash slot.
         *
         * @param  key the thread local object
         * @param  i the table index for key's hash code
         * @param  e the entry at table[i]
         * @return the entry associated with key, or null if no such
         */
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            while (e != null) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key)
                    return e;
                if (k == null)  // 1 key為null涌穆,釋放Entry怔昨。
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    i = nextIndex(i, len);
                e = tab[i];
            }
            return null;
        }

// 1 key為null,釋放Entry宿稀。

java.lang.ThreadLocal.ThreadLocalMap#expungeStaleEntry

 /**
         * Expunge a stale entry by rehashing any possibly colliding entries
         * lying between staleSlot and the next null slot.  This also expunges
         * any other stale entries encountered before the trailing null.  See
         * Knuth, Section 6.4
         *
         * @param staleSlot index of slot known to have null key
         * @return the index of the next null slot after staleSlot
         * (all between staleSlot and this slot will have been checked
         * for expunging).
         */
        private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            // expunge entry at staleSlot
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = null;
            size--;

            // Rehash until we encounter null
            Entry e;
            int i;
            for (i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == null) {
                    e.value = null;
                    tab[i] = null;
                    size--;
                } else {
                    int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                    if (h != i) {
                        tab[i] = null;

                        // Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
                        // null because multiple entries could have been stale.
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    }
                }
            }
            return i;
        }

可以看到當(dāng)調(diào)用get方法會(huì)觸發(fā)key為null的Entry釋放

內(nèi)存泄漏的Demo

當(dāng)threadLocal對(duì)象設(shè)為null時(shí)趁舀,value再也無(wú)法獲取到,發(fā)生了內(nèi)存泄漏祝沸,使用線(xiàn)程池確保線(xiàn)程不銷(xiāo)毀矮烹,同時(shí)保證該線(xiàn)程不再被調(diào)用ThreadLocal.get,ThreadLocal.set方法,因?yàn)檫@兩個(gè)方法中都存在 清除key為null 的Entry奋隶。

環(huán)境:java1.8
虛擬機(jī)啟動(dòng)參數(shù):-Xms64M -Xmx64M

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadLocalMemoryLeak {

    private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException {

        for (int i = 0; i <80 ; i++) {
            // 等待垃圾回收?qǐng)?zhí)行
            Thread.sleep(100);

            ThreadLocal<ByteObject> threadLocal = new ThreadLocal<ByteObject>(){
                @Override
                protected ByteObject initialValue() {
                    return new ByteObject();
                }
            };
            executorService.execute(()->{
                threadLocal.get();
                // 不remove將導(dǎo)致內(nèi)存溢出
                //threadLocal.remove();
            });

        }
        Thread.sleep(3000);
        executorService.shutdown();
    }

    public static class ByteObject{
        // 5MB
        private byte [] bytes = new byte[5*1024*1024];

        @Override
        protected void finalize() throws Throwable {
            System.out.println(" finalize");
        }
    }
}


注釋掉remove代碼擂送,控制臺(tái)會(huì)打印java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space。

threadLocal初始化代碼 放在for循環(huán)里唯欣,for循環(huán)后不再被引用嘹吨,在垃圾回收的時(shí)候?qū)⑨尫艃?nèi)存。因?yàn)榫€(xiàn)程詞核心線(xiàn)程數(shù)100 大于需要的線(xiàn)程數(shù)80境氢,不會(huì)觸發(fā)在同一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用get方法蟀拷,所以導(dǎo)致ByteObject不會(huì)被釋放而內(nèi)存溢出。

如果將核心線(xiàn)程池改為1萍聊,此時(shí)無(wú)需remove问芬,也不會(huì)存在內(nèi)存溢出的情況,因?yàn)橹貜?fù)調(diào)用同一個(gè)線(xiàn)程的get方法寿桨,所以也會(huì)觸發(fā)回收ByteObject此衅。

在for循環(huán)開(kāi)始初我sleep 100 毫秒,讓垃圾回收有時(shí)間進(jìn)行亭螟,否則挡鞍,即使不注釋掉remove也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出。

使用IDEA的visualgc插件觀察

有remove操作

可以看到老年代一直保持在16M预烙,內(nèi)存沒(méi)有泄露墨微,所以沒(méi)有內(nèi)存溢出。

沒(méi)有remove操作

可以看到老年代一直保持在41M扁掸,由于內(nèi)存泄漏翘县,老年代一直釋放不了,導(dǎo)致了內(nèi)存溢出谴分。

總結(jié)

使用ThreadLocal的完成后锈麸,要及時(shí)調(diào)用remove方法。

參考資料

ThreadLocal (Java Platform SE 8 )
關(guān)于Java中的WeakReference
ThreadLocal源碼解讀

最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
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