「漲薪祕訣」ThreadLocal的內存洩露的原因分析+避免方法

2020-01-13 14:02:46 程序媛拾玖

前言

在分析ThreadLocal導致的內存洩露前，需要普及瞭解一下內存洩露、強引用與弱引用以及GC回收機制，這樣才能更好的分析為什麼ThreadLocal會導致內存洩露呢？更重要的是知道該如何避免這樣情況發生，增強系統的健壯性。

內存洩露

內存洩露為程序在申請內存後，無法釋放已申請的內存空間，一次內存洩露危害可以忽略，但內存洩露堆積後果很嚴重，無論多少內存,遲早會被佔光，

廣義並通俗的說，就是：不再會被使用的對象或者變量佔用的內存不能被回收，就是內存洩露。

強引用與弱引用

強引用，使用最普遍的引用，一個對象具有強引用，不會被垃圾回收器回收。當內存空間不足，Java虛擬機寧願拋出OutOfMemoryError錯誤，使程序異常終止，也不回收這種對象。

如果想取消強引用和某個對象之間的關聯，可以顯式地將引用賦值為null，這樣可以使JVM在合適的時間就會回收該對象。

弱引用，JVM進行垃圾回收時，無論內存是否充足，都會回收被弱引用關聯的對象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference類來表示。可以在緩存中使用弱引用。

GC回收機制-如何找到需要回收的對象

JVM如何找到需要回收的對象，方式有兩種：

引用計數法：每個對象有一個引用計數屬性，新增一個引用時計數加1，引用釋放時計數減1，計數為0時可以回收，
可達性分析法：從 GC Roots 開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈。當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連時，則證明此對象是不可用的，那麼虛擬機就判斷是可回收對象。

引用計數法，可能會出現A 引用了 B，B 又引用了 A，這時候就算他們都不再使用了，但因為相互引用計數器=1 永遠無法被回收。

ThreadLocal的內存洩露分析

先從前言的瞭解了一些概念（已懂忽略），接下來我們開始正式的來理解ThreadLocal導致的內存洩露的解析。

實現原理

<code>static class ThreadLocalMap { 


    static class Entry extends WeakReference<threadlocal>> {
        /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;

        Entry(ThreadLocal> k, Object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }
    ...
   }/<threadlocal>/<code>

ThreadLocal的實現原理，每一個Thread維護一個ThreadLocalMap，key為使用 弱引用 的ThreadLocal實例，value為線程變量的副本。這些對象之間的引用關係如下,

實心箭頭表示強引用，空心箭頭表示弱引用

ThreadLocal 內存洩漏的原因

從上圖中可以看出，hreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作為key，如果一個ThreadLocal不存在外部 強引用 時，Key(ThreadLocal)勢必會被GC回收，這樣就會導致ThreadLocalMap中key為null，而value還存在著強引用，只有thead線程退出以後,value的強引用鏈條才會斷掉。

但如果當前線程再遲遲不結束的話，這些key為null的Entry的value就會一直存在一條強引用鏈：

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

永遠無法回收，造成內存洩漏。

那為什麼使用弱引用而不是強引用？？

我們看看Key使用的

key 使用強引用

當hreadLocalMap的key為強引用回收ThreadLocal時，因為ThreadLocalMap還持有ThreadLocal的強引用，如果沒有手動刪除，ThreadLocal不會被回收，導致Entry內存洩漏。

key 使用弱引用

當ThreadLocalMap的key為弱引用回收ThreadLocal時，由於ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使沒有手動刪除，ThreadLocal也會被回收。當key為null，在下一次ThreadLocalMap調用set(),get()，remove()方法的時候會被清除value值。

ThreadLocalMap的remove()分析

在這裡只分析remove()方式，其他的方法可以查看源碼進行分析：

<code>private void remove(ThreadLocal> key) {
    //使用hash方式，計算當前ThreadLocal變量所在table數組位置
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    //再次循環判斷是否在為ThreadLocal變量所在table數組位置
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        if (e.get() == key) {
            //調用WeakReference的clear方法清除對ThreadLocal的弱引用
            e.clear();
            //清理key為null的元素
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        }
    }
}/<code>

再看看清理key為null的元素expungeStaleEntry(i):

<code>private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    // 根據強引用的取消強引用關聯規則，將value顯式地設置成null，去除引用
    tab[staleSlot].value = null; 

    tab[staleSlot] = null;
    size--;

    // 重新hash，並對table中key為null進行處理
    Entry e;
    int i;
    for (i = nextIndex(staleSlot, len);
         (e = tab[i]) != null;
         i = nextIndex(i, len)) {
        ThreadLocal> k = e.get();
        //對table中key為null進行處理,將value設置為null，清除value的引用
        if (k == null) {
            e.value = null;
            tab[i] = null;
            size--;
        } else {
            int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
            if (h != i) {
                tab[i] = null;
                while (tab[h] != null)
                    h = nextIndex(h, len);
                tab[h] = e;
            }
        }
    }
    return i;
}/<code>

總結

由於Thread中包含變量ThreadLocalMap，因此ThreadLocalMap與Thread的生命週期是一樣長，如果都沒有手動刪除對應key，都會導致內存洩漏。

但是使用弱引用可以多一層保障：弱引用ThreadLocal不會內存洩漏，對應的value在下一次ThreadLocalMap調用set(),get(),remove()的時候會被清除。

因此，ThreadLocal內存洩漏的根源是：由於ThreadLocalMap的生命週期跟Thread一樣長，如果沒有手動刪除對應key就會導致內存洩漏，而不是因為弱引用。

ThreadLocal正確的使用方法

每次使用完ThreadLocal都調用它的remove()方法清除數據
將ThreadLocal變量定義成private static，這樣就一直存在ThreadLocal的強引用，也就能保證任何時候都能通過ThreadLocal的弱引用訪問到Entry的value值，進而清除掉。

最後

覺得此文不錯的大佬們可以多多關注或者幫忙轉發分享一下哦，感謝！！！！

分享到:

閱讀更多 程序媛拾玖 的文章

關鍵字: Java虛擬機漲薪 Java