详细解读ThreadLocal的内存泄露

开发 前端
说到内存泄露,阿粉就得说一下,这个可能对于初中级的程序员来说,还是比较陌生的,为什么这么说,是因为,JVM 有自己的内存回收机制,所以对于初中级的程序员来说,很少有接触到这个的,而内存泄露的意思呢,就是为程序在申请内存后,无法释放已申请的内存空间,一次内存泄露危害可以忽略,但内存泄露堆积后果很严重,无论多少内存,迟早会被占光。

​说到内存溢出,我相信各位都知道是什么,但是说到内存泄露,而且还是 ThreadLocal ,阿粉就得来说一下这个了,毕竟如果面试的时候被问到 ThreadLocal 的内存泄露,是不是有可能不太了解了呢,今天阿粉来说一下这个 ThreadLocal 的内存泄露的原因,以及如何从开发中去避免这个问题。

什么是内存泄露

说到内存泄露,阿粉就得说一下,这个可能对于初中级的程序员来说,还是比较陌生的,为什么这么说,是因为,JVM 有自己的内存回收机制,所以对于初中级的程序员来说,很少有接触到这个的,而内存泄露的意思呢,就是为程序在申请内存后,无法释放已申请的内存空间,一次内存泄露危害可以忽略,但内存泄露堆积后果很严重,无论多少内存,迟早会被占光。

我们也都知道,我们有时候在定义变量的时候,就应该明白,他需要一段内存空间来存储这个数据信息,而这段内存如果一直不被释放,那么就会导致,内存被占用光,而被占用的这个对象,一直不能被回收掉,这就是内存泄漏。

图片

在说 ThreadLocal 的内存泄露之前,我们先说说 ThreadLocal 的实现原理,然后我们再分析,他是泄露的原因是什么?

private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
Entry[] parentTable = parentMap.table;
int len = parentTable.length;
setThreshold(len);
table = new Entry[len];

for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = parentTable[j];
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();
if (key != null) {
Object value = key.childValue(e.value);
Entry c = new Entry(key, value);
int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
while (table[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
table[h] = c;
size++;
}
}
}
}

每一个 ThreadLocal 维护一个 ThreadLocalMap,key为使用 弱引用 的 ThreadLocal 实例,value为线程变量的副本。

那么什么又是弱引用呢?

引用的话,其实分为了两类,既然有弱引用,那么必然的,就会有强引用,所以我们得区分开这个强引用和弱引用。

强引用

使用最普遍的引用,一个对象具有强引用,不会被垃圾回收器回收。当内存空间不足,Java虚 拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不回收这种对象。

如果想取消强引用和某个对象之间的关联,可以显式地将引用赋值为null,这样可以使JVM在合适的时 间就会回收该对象。

弱引用

JVM进行垃圾回收时,无论内存是否充足,都会回收被弱引用关联的对象。在 java 中,用 java.lang.ref.WeakReference 类来表示。可以在缓存中使用弱引用。

上面阿粉也说了,每一个 ThreadLocal 维护一个 ThreadLocalMap,key为使用 弱引用 的 ThreadLocal 实例,value为线程变量的副本。而他们之间的引用关系如下图:

图片

在这个图中

  • 实线表示-强引用
  • 虚线表示-弱引用

从图中,我们就能分析出这个 ThreadLocal 是怎么出现内存泄露的了,我们从图中能够看到,ThreadLocalMap 使用 ThreadLocal 的弱引用作为key,如果一个ThreadLocal不存在外部强引用时,Key(ThreadLocal)势必会被GC回收,这样就会导致 ThreadLocalMap 中 key 为null, 而 value 还存在着强引用,只有 Thead 线程退出以后, value 的强引用链条才会断掉。

但如果当前线程再迟迟不结束的话,这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链:

Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value

这个时候,永远无法回收,就会造成 ThreadLocal 出现内存泄露的问题了。

这个时候就有读者会问,为什么 ThreaLocalMap   使用 ThreadLocal 的弱引用,而不去使用强引用,使用强引用的话,是不是就不会出现这个内存泄露的问题了呢?

其实这完全不是一回事,因为如果这时候 ThreaLocalMap 的 key 为强引用回收 ThreadLocal 时,因为 ThreadLocalMap 还持有 ThreadLocal 的强引用,如果没有手动删除,ThreadLocal 不会被回收,导致Entry内存泄漏。

这是使用强引用的时候,那么使用弱引用的时候是什么样的呢?

当 ThreadLocalMap 的 key 为弱引用回收 ThreadLocal 时,由于 ThreadLocalMap 持有 ThreadLocal 的弱引用,即使没有手动删除,ThreadLocal 也会被回收。当key为null,在下一次ThreadLocalMap调用set(),get(),remove()方法的时候会被清除value值。

所以这么看下来,反而使用弱引用,却是更好的为什么呢?

因为使用弱引用可以多一层保障:弱引用ThreadLocal不会内存泄漏,对应的value在下一次 ThreadLocalMap调用set(),get(),remove()的时候会被清除。

因此,ThreadLocal内存泄漏的根本原因是:由于 ThreadLocalMap 的生命周期跟 Thread 一样长,如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏,而不是因为弱引用。

那么我们继续来看看这个 ThreadLocal 中维护的 ThreadLocalMap 的源码分析

static class ThreadLocalMap {
//hreadLocalMap中数据是存储在Entry类型数组的table中的,Entry继承了WeakReference(弱引用)
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}

**成员变量**
//初始容量
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

//ThreadLocalMap数据真正存储在table中
private Entry[] table;

//ThreadLocalMap条数
private int size = 0;

//达到这个大小,则扩容
private int threshold;

构造函数

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
//初始化table数组,INITIAL_CAPACITY默认值为16
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//key和16取得哈希值
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
//创建节点,设置key-value
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
//设置扩容阈值
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

我们再来看看他的 remove 方法;

private void remove(ThreadLocal<?> key) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
//如果threadLocalHashCode计算出的下标找到的key和传入key不同,则证明出现哈希冲突,则循环向下查找
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
//如果key相同
if (e.get() == key) {
//删除当前Entry
e.clear();
//清理
expungeStaleEntry(i);
return;
}
}
}

ThreadLocal 中的 ThreadLocalMap 里面还有 set 和 getEntry 方法,还有很多,阿粉就不多介绍了。

那么我们应该如何合理的使用 ThreadLocal 才能保证内存不泄露呢?

  • 每次使用完ThreadLocal都调用它的remove()方法清除数据
  • 将ThreadLocal变量定义成private static,这样就一直存在ThreadLocal的强引用,也就能保证任何时候都能通过ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值,进而清除掉 。

责任编辑:武晓燕 来源: Java极客技术
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