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如何使用ThreadLocal來避免內存泄漏

5jek_harmonyos ? 來源:CSDN博客 ? 作者:pony-zi ? 2021-08-20 09:29 ? 次閱讀

本次給大家介紹重要的工具ThreadLocal。講解內容如下,同時介紹什么場景下發生內存泄漏,如何復現內存泄漏,如何正確使用它來避免內存泄漏。

ThreadLocal是什么?有哪些用途?

ThreadLocal如何使用

ThreadLocal原理

ThreadLocal使用有哪些坑及注意事項

Part1ThreadLocal是什么?有哪些用途?

首先介紹Thread類中屬性threadLocals:

/* ThreadLocal values pertaining to this thread.

This map is maintained * by the ThreadLocal class. */

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

我們發現Thread并沒有提供成員變量threadLocals的設置與訪問的方法,那么每個線程的實例threadLocals參數我們如何操作呢?這時我們的主角:ThreadLocal就登場了。

所以有那么一句總結:

ThreadLocal是線程Thread中屬性threadLocals的管理者。

也就是說我們對于ThreadLocal的get, set,remove的操作結果都是針對當前線程Thread實例的threadLocals存,取,刪除操作。類似于一個開發者的任務,產品經理左右不了,產品經理只能通過技術leader來給開發者分配任務。

下面再舉個栗子,進一步說明他們之間的關系:

1. 每個人都一張銀行卡

每個人每張卡都有一定的余額。

每個人獲取銀行卡余額都必須通過該銀行的管理系統。

每個人都只能獲取自己卡持有的余額信息,他人的不可訪問。

映射到我們要說的ThreadLocal

card類似于Thread

card余額屬性,卡號屬性等類似于Treadlocal內部屬性集合threadLocals

cardManager類似于ThreadLocal管理類

那ThreadLocal有哪些應用場景呢?

其實我們無意間已經時時刻刻在使用ThreadLocal提供的便利,如果說多數據源的切換你比較陌生,那么spring提供的聲明式事務就再熟悉不過了,我們在研發過程中無時無刻不在使用,而spring聲明式事務的重要實現基礎就是ThreadLocal,只不過大家沒有去深入研究spring聲明式事務的實現機制。后面有機會我會給大家介紹spring聲明式事務的原理及實現機制。

原來ThreadLocal這么強大,但應用開發者使用較少,同時有些研發人員對于ThreadLocal內存泄漏,等潛在問題,不敢試用,恐怕這是對于ThreadLocal最大的誤解,后面我們將會仔細分析,只要按照正確使用方式,就沒什么問題。如果ThreadLocal存在問題,豈不是spring聲明式事務是我們程序最大的潛在危險嗎?

Part2ThreadLocal如何使用

為了更直觀的體會ThreadLocal的使用我們假設如下場景

我們給每個線程生成一個ID。

一旦設置,線程生命周期內不可變化。

容器活動期間不可以生成重復的ID

我們創建一個ThreadLocal管理類:

2981b0cc-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

測試程序如下:我們同一個線程不斷get,測試id是否變化,同時測試完成后我們就將其釋放掉。

29adbec4-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

在主程序中我們開啟多個線程測試不通線程之間是否會影響

29cdd862-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.jpg

不出意外我們的結果為:

2a1f53c2-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.jpg

結果:確實是不同線程間id不同,相同線程id相同。

Part3ThreadLocal原理

①ThreadLocal類結構及方法解析:

2a5b56b0-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

上圖可知:ThreadLocal三個方法get, set , remove以及內部類ThreadLocalMap

②ThreadLocal及Thread之間的關系:

2a8604a0-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

從這張圖我們可以直觀的看到Thread中屬性threadLocals,作為一個特殊的Map,它的key值就是我們ThreadLocal實例,而value值這是我們設置的值。

③ThreadLocal的操作過程:

我們以get方法為例:

2aa836e2-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

其中getMap(t)返回的就上當前線程的threadlocals,如下圖,然后根據當前ThreadLocal實例對象作為key獲取ThreadLocalMap中的value,如果首次進來這調用setInitialValue()

2ac868d6-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

2af774aa-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

set的過程也類似:

2b14afa2-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

注意:ThreadLocal中可以直接t.threadLocals是因為Thread與ThreadLocal在同一個包下,同樣Thread可以直接訪問ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;來進行聲明屬性。另外,歡迎關注公眾號Java筆記蝦,后臺回復“后端面試”,送你一份面試題寶典!

Part4ThreadLocal使用有哪些坑及注意事項

我經常在網上看到駭人聽聞的標題,ThreadLocal導致內存泄漏,這通常讓一些剛開始對ThreadLocal理解不透徹的開發者,不敢貿然使用。越不用,越陌生。這樣就讓我們錯失了更好的實現方案,所以敢于引入新技術,敢于踩坑,才能不斷進步。

我們來看下為什么說ThreadLocal會引起內存泄漏,什么場景下會導致內存泄漏?

先回顧下什么叫內存泄漏,對應的什么叫內存溢出

Memory overflow:內存溢出,沒有足夠的內存提供申請者使用。

Memory leak:內存泄漏,程序申請內存后,無法釋放已申請的內存空間,內存泄漏的堆積終將導致內存溢出。

顯然是TreadLocal在不規范使用的情況下導致了內存沒有釋放。

2b9a3816-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

紅框里我們看到了一個特殊的類WeakReference,同樣這個類,應用開發者也同樣很少使用,這里簡單介紹下吧

2bd74076-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.jpg

既然WeakReference在下一次gc即將被回收,那么我們的程序為什么沒有出問題呢?

①所以我們測試下弱引用的回收機制:

2beedec0-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

這一種存在強引用不會被回收。

2c12f152-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.png

這里沒有強引用將會被回收。

上面演示了弱引用的回收情況,下面我們看下ThreadLocal的弱引用回收情況。

②ThreadLocal的弱引用回收情況

2c36b47a-013e-11ec-9bcf-12bb97331649.jpg

如上圖所示,我們在作為key的ThreadLocal對象沒有外部強引用,下一次gc必將產生key值為null的數據,若線程沒有及時結束必然出現,一條強引用鏈Threadref–》Thread–》ThreadLocalMap–》Entry,所以這將導致內存泄漏。

下面我們模擬復現ThreadLocal導致內存泄漏:

1.為了效果更佳明顯我們將我們的treadlocals的存儲值value設置為1萬字符串的列表:

class ThreadLocalMemory {

// Thread local variable containing each thread‘s ID

public ThreadLocal《List《Object》》 threadId = new ThreadLocal《List《Object》》() {

@Override

protected List《Object》 initialValue() {

List《Object》 list = new ArrayList《Object》();

for (int i = 0; i 《 10000; i++) {

list.add(String.valueOf(i));

}

return list;

}

};

// Returns the current thread’s unique ID, assigning it if necessary

public List《Object》 get() {

return threadId.get();

}

// remove currentid

public void remove() {

threadId.remove();

}

}

測試代碼如下:

public static void main(String[] args)

throws InterruptedException {

// 為了復現key被回收的場景,我們使用臨時變量

ThreadLocalMemory memeory = new ThreadLocalMemory();

// 調用

incrementSameThreadId(memeory);

System.out.println(“GC前:key:” + memeory.threadId);

System.out.println(“GC前:value-size:” + refelectThreadLocals(Thread.currentThread()));

// 設置為null,調用gc并不一定觸發垃圾回收,但是可以通過java提供的一些工具進行手工觸發gc回收。

memeory.threadId = null;

System.gc();

System.out.println(“GC后:key:” + memeory.threadId);

System.out.println(“GC后:value-size:” + refelectThreadLocals(Thread.currentThread()));

// 模擬線程一直運行

while (true) {

}

}

此時我們如何知道內存中存在memory leak呢?

我們可以借助jdk提供的一些命令dump當前堆內存,命令如下:

jmap -dump:live,format=b,file=heap.bin 《pid》

然后我們借助MAT可視化分析工具,來查看對內存,分析對象實例的存活狀態:

首先打開我們工具提示我們的內存泄漏分析:

這里我們可以確定的是ThreadLocalMap實例的Entry.value是沒有被回收的。

最后我們要確定Entry.key是否還在?打開Dominator Tree,搜索我們的ThreadLocalMemory,發現并沒有存活的實例。

以上我們復現了ThreadLocal不正當使用,引起的內存泄漏。

文中源碼:

https://github.com/z-one/basictest/tree/master/src/main/java/com/spring/test/threadlocal

所以我們總結了使用ThreadLocal時會發生內存泄漏的前提條件:

ThreadLocal引用被設置為null,且后面沒有set,get,remove操作。

線程一直運行,不停止。(線程池)

觸發了垃圾回收。(Minor GC或Full GC)

我們看到ThreadLocal出現內存泄漏條件還是很苛刻的,所以我們只要破壞其中一個條件就可以避免內存泄漏,單但為了更好的避免這種情況的發生我們使用ThreadLocal時遵守以下兩個小原則:

①ThreadLocal申明為private static final。

Private與final 盡可能不讓他人修改變更引用,

Static 表示為類屬性,只有在程序結束才會被回收。

②ThreadLocal使用后務必調用remove方法。

最簡單有效的方法是使用后將其移除。

責任編輯:haq

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原文標題:ThreadLocal理解, 運用以及內存泄漏的處理方案

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