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实例详解Java中ThreadLocal内存泄露

时间：2021-10-17 19:09 编辑：来源：阅读：
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摘要：实例详解Java中ThreadLocal内存泄露

[b]案例与分析[/b] [b]问题背景[/b] 在 Tomcat 中，下面的代码都在 webapp 内，会导致[code]WebappClassLoader[/code]泄漏，无法被回收。

public class MyCounter {
    private int count = 0;

    public void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class MyThreadLocal extends ThreadLocal<MyCounter> {
}

public class LeakingServlet extends HttpServlet {
    private static MyThreadLocal myThreadLocal = new MyThreadLocal();

    protected void doGet(HttpServletRequest request,
            HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

        MyCounter counter = myThreadLocal.get();
        if (counter == null) {
            counter = new MyCounter();
            myThreadLocal.set(counter);
        }

        response.getWriter().println(
                "The current thread served this servlet " + counter.getCount()
                        + " times");
        counter.increment();
    }
}

上面的代码中，只要[code]LeakingServlet[/code]被调用过一次，且执行它的线程没有停止，就会导致[code]WebappClassLoader[/code]泄漏。每次你 [code]reload [/code]一下应用，就会多一份[code]WebappClassLoader[/code]实例，最后导致 [code]PermGen OutOfMemoryException[/code]。 [b]解决问题[/b] 现在我们来思考一下：为什么上面的[code]ThreadLocal[/code]子类会导致内存泄漏？ [b]WebappClassLoader[/b] 首先，我们要搞清楚[code]WebappClassLoader[/code]是什么鬼？对于运行在 Java EE容器中的 Web 应用来说，类加载器的实现方式与一般的 Java 应用有所不同。不同的 Web 容器的实现方式也会有所不同。以 Apache Tomcat 来说，每个 Web 应用都有一个对应的类加载器实例。该类加载器也使用代理模式，所不同的是它是首先尝试去加载某个类，如果找不到再代理给父类加载器。这与一般类加载器的顺序是相反的。这是 Java Servlet 规范中的推荐做法，其目的是使得 Web 应用自己的类的优先级高于 Web 容器提供的类。这种代理模式的一个例外是：Java 核心库的类是不在查找范围之内的。这也是为了保证 Java 核心库的类型安全。也就是说[code]WebappClassLoader[/code]是 Tomcat 加载 webapp 的自定义类加载器，每个 webapp 的类加载器都是不一样的，这是为了隔离不同应用加载的类。那么[code]WebappClassLoader[/code]的特性跟内存泄漏有什么关系呢？目前还看不出来，但是它的一个很重要的特点值得我们注意：每个 webapp 都会自己的[code]WebappClassLoader[/code]，这跟 Java 核心的类加载器不一样。我们知道：导致[code]WebappClassLoader[/code]泄漏必然是因为它被别的对象强引用了，那么我们可以尝试画出它们的引用关系图。等等！类加载器的作用到底是啥？为什么会被强引用？ [b]类的生命周期与类加载器[/b] 要解决上面的问题，我们得去研究一下类的生命周期和类加载器的关系。跟我们这个案例相关的主要是类的卸载：在类使用完之后，如果满足下面的情况，类就会被卸载： 1、该类所有的实例都已经被回收，也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例。 2、加载该类的[code]ClassLoader[/code]已经被回收。 3、该类对应的[code]java.lang.Class[/code]对象没有任何地方被引用，没有在任何地方通过反射访问该类的方法。如果以上三个条件全部满足，JVM 就会在方法区垃圾回收的时候对类进行卸载，类的卸载过程其实就是在方法区中清空类信息，Java 类的整个生命周期就结束了。由Java虚拟机自带的类加载器所加载的类，在虚拟机的生命周期中，始终不会被卸载。Java虚拟机自带的类加载器包括根类加载器、扩展类加载器和系统类加载器。Java虚拟机本身会始终引用这些类加载器，而这些类加载器则会始终引用它们所加载的类的Class对象，因此这些Class对象始终是可触及的。 [b]由用户自定义的类加载器加载的类是可以被卸载的。[/b] 注意上面这句话，[code]WebappClassLoader[/code]如果泄漏了，意味着它加载的类都无法被卸载，这就解释了为什么上面的代码会导致 [code]PermGen OutOfMemoryException[/code]。关键点看下面这幅图 [img]http://img.1sucai.cn/uploads/article/2018010710/20180107100113_0_93637.jpg[/img] [b]我们可以发现：[/b]类加载器对象跟它加载的 Class 对象是双向关联的。这意味着，Class 对象可能就是强引用[code]WebappClassLoader[/code]，导致它泄漏的元凶。 [b]引用关系图[/b] 理解类加载器与类的生命周期的关系之后，我们可以开始画引用关系图了。（图中的[code]LeakingServlet.class[/code]与[code]myThreadLocal[/code]引用画的不严谨，主要是想表达[code]myThreadLocal[/code]是类变量的意思） [img]http://img.1sucai.cn/uploads/article/2018010710/20180107100113_1_2941.jpg[/img] 下面，我们根据上面的图来分析[code]WebappClassLoader[/code]泄漏的原因。 1、[code]LeakingServlet[/code]持有[code]static[/code]的[code]MyThreadLocal[/code]，导致[code]myThreadLocal[/code]的生命周期跟[code]LeakingServlet[/code]类的生命周期一样长。意味着[code]myThreadLocal[/code]不会被回收，弱引用形同虚设，所以当前线程无法通过[code]ThreadLocalMap[/code]的防护措施清除counter的强引用。 2、强引用链：[code]thread -> threadLocalMap -> counter -> MyCounter.class -> WebappClassLocader[/code]，导致[code]WebappClassLoader[/code]泄漏。 [b]总结[/b] 内存泄漏是很难发现的问题，往往由于多方面原因造成。ThreadLocal由于它与线程绑定的生命周期成为了内存泄漏的常客，稍有不慎就酿成大祸。本文只是对一个特定案例的分析，若能以此举一反三，那便是极好的。希望本文对大家能有所帮助。

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