ThreadLocal 翻译成中文是线程本地变量的意思,也就是说它是线程中的私有变量,每个线程只能操作自己的私有变量,所以不会造成线程不安全的问题。

线程不安全是指,多个线程在同一时刻对同一个全局变量做写操作时(读操作不会涉及线程不安全问题),如果执行的结果和我们预期的结果不一致就称之为线程不安全,反之,则称为线程安全。

在 Java 语言中解决线程不安全的问题通常有两种手段

  1. 使用锁(使用 synchronized 或 Lock);
  2. 使用 ThreadLocal。

锁的实现方案是在多线程写入全局变量时,通过排队一个一个来写入全局变量,从而就可以避免线程不安全的问题了。比如当我们使用线程不安全的 SimpleDateFormat 对时间进行格式化时,如果使用锁来解决线程不安全的问题,实现的流程就是这样的:



从上述图片可以看出,通过加锁的方式虽然可以解决线程不安全的问题,但同时带来了新的问题,使用锁时线程需要排队执行,因此会带来一定的性能开销。然而,如果使用的是 ThreadLocal 的方式,则是给每个线程创建一个 SimpleDateFormat 对象,这样就可以避免排队执行的问题了,它的实现流程如下图所示:

PS:创建 SimpleDateFormat 也会消耗一定的时间和空间,如果线程复用 SimpleDateFormat 的频率比较高的情况下,使用 ThreadLocal 的优势比较大,反之则可以考虑使用锁。

然而,在我们使用 ThreadLocal 的过程中,很容易就会出现内存溢出的问题,如下面的这个事例。

什么是内存溢出?

内存溢出(Out Of Memory,简称 OOM)是指无用对象(不再使用的对象)持续占有内存,或无用对象的内存得不到及时释放,从而造成的内存空间浪费的行为就称之为内存泄露。

内存溢出代码演示

在开始演示 ThreadLocal 内存溢出的问题之前,我们先使用“-Xmx50m”的参数来设置一下 Idea,它表示将程序运行的最大内存设置为 50m,如果程序的运行超过这个值就会出现内存溢出的问题,设置方法如下:



设置后的最终效果这样的:

PS:因为我使用的 Idea 是社区版,所以可能和你的界面不一样,你只需要点击“Edit Configurations...”找到“VM options”选项,设置上“-Xmx50m”参数就可以了。

配置完 Idea 之后,接下来我们来实现一下业务代码。在代码中我们会创建一个大对象,这个对象中会有一个 10m 大的数组,然后我们将这个大对象存储在 ThreadLocal 中,再使用线程池执行大于 5 次添加任务,因为设置了最大运行内存是 50m,所以理想的情况是执行 5 次添加操作之后,就会出现内存溢出的问题,实现代码如下:

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit; public class ThreadLocalOOMExample { /**
* 定义一个 10m 大的类
*/
static class MyTask {
// 创建一个 10m 的数组(单位转换是 1M -> 1024KB -> 1024*1024B)
private byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
} // 定义 ThreadLocal
private static ThreadLocal<MyTask> taskThreadLocal = new ThreadLocal<>(); // 主测试代码
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建线程池
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor =
new ThreadPoolExecutor(5, 5, 60,
TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100));
// 执行 10 次调用
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 执行任务
executeTask(threadPoolExecutor);
Thread.sleep(1000);
}
} /**
* 线程池执行任务
* @param threadPoolExecutor 线程池
*/
private static void executeTask(ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor) {
// 执行任务
threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("创建对象");
// 创建对象(10M)
MyTask myTask = new MyTask();
// 存储 ThreadLocal
taskThreadLocal.set(myTask);
// 将对象设置为 null,表示此对象不在使用了
myTask = null;
}
});
}
}

以上程序的执行结果如下:



从上述图片可看出,当程序执行到第 5 次添加对象时就出现内存溢出的问题了,这是因为设置了最大的运行内存是 50m,每次循环会占用 10m 的内存,加上程序启动会占用一定的内存,因此在执行到第 5 次添加任务时,就会出现内存溢出的问题。

原因分析

内存溢出的问题和解决方案比较简单,重点在于“原因分析”,我们要通过内存溢出的问题搞清楚,为什么 ThreadLocal 会这样?是什么原因导致了内存溢出?

要搞清楚这个问题(内存溢出的问题),我们需要从 ThreadLocal 源码入手,所以我们首先打开 set 方法的源码(在示例中使用到了 set 方法),如下所示:

public void set(T value) {
// 得到当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
// 根据线程获取到 ThreadMap 变量
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value); // 将内容存储到 map 中
else
createMap(t, value); // 创建 map 并将值存储到 map 中
}

从上述代码我们可以看出 Thread、ThreadLocalMap 和 set 方法之间的关系:每个线程 Thread 都拥有一个数据存储容器 ThreadLocalMap,当执行 ThreadLocal.set 方法执行时,会将要存储的值放到 ThreadLocalMap 容器中,所以接下来我们再看一下 ThreadLocalMap 的源码:

static class ThreadLocalMap {
// 实际存储数据的数组
private Entry[] table;
// 存数据的方法
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 如果有对应的 key 直接更新 value 值
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
// 发现空位插入 value
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
// 新建一个 Entry 插入数组中
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
// 判断是否需要进行扩容
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
// ... 忽略其他源码
}

从上述源码我们可以看出:ThreadMap 中有一个 Entry[] 数组用来存储所有的数据,而 Entry 是一个包含 key 和 value 的键值对,其中 key 为 ThreadLocal 本身,而 value 则是要存储在 ThreadLocal 中的值

根据上面的内容,我们可以得出 ThreadLocal 相关对象的关系图,如下所示:



也就是说它们之间的引用关系是这样的:Thread -> ThreadLocalMap -> Entry -> Key,Value,因此当我们使用线程池来存储对象时,因为线程池有很长的生命周期,所以线程池会一直持有 value 值,那么垃圾回收器就无法回收 value,所以就会导致内存一直被占用,从而导致内存溢出问题的发生

解决方案

ThreadLocal 内存溢出的解决方案很简单,我们只需要在使用完 ThreadLocal 之后,执行 remove 方法就可以避免内存溢出问题的发生了,比如以下代码:

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit; public class App { /**
* 定义一个 10m 大的类
*/
static class MyTask {
// 创建一个 10m 的数组(单位转换是 1M -> 1024KB -> 1024*1024B)
private byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];
} // 定义 ThreadLocal
private static ThreadLocal<MyTask> taskThreadLocal = new ThreadLocal<>(); // 测试代码
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建线程池
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor =
new ThreadPoolExecutor(5, 5, 60,
TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100));
// 执行 n 次调用
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 执行任务
executeTask(threadPoolExecutor);
Thread.sleep(1000);
}
} /**
* 线程池执行任务
* @param threadPoolExecutor 线程池
*/
private static void executeTask(ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor) {
// 执行任务
threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("创建对象");
try {
// 创建对象(10M)
MyTask myTask = new MyTask();
// 存储 ThreadLocal
taskThreadLocal.set(myTask);
// 其他业务代码...
} finally {
// 释放内存
taskThreadLocal.remove();
}
}
});
}
}

以上程序的执行结果如下:



从上述结果可以看出我们只需要在 finally 中执行 ThreadLocal 的 remove 方法之后就不会在出现内存溢出的问题了。

remove的秘密

那 remove 方法为什么会有这么大的魔力呢?我们打开 remove 的源码看一下:

public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}

从上述源码中我们可以看出,当调用了 remove 方法之后,会直接将 Thread 中的 ThreadLocalMap 对象移除掉,这样 Thread 就不再持有 ThreadLocalMap 对象了,所以即使 Thread 一直存活,也不会造成因为(ThreadLocalMap)内存占用而导致的内存溢出问题了。

总结

本篇我们使用代码的方式演示了 ThreadLocal 内存溢出的问题,严格来讲内存溢出并不是 ThreadLocal 的问题,而是因为没有正确使用 ThreadLocal 所带来的问题。想要避免 ThreadLocal 内存溢出的问题,只需要在使用完 ThreadLocal 后调用 remove 方法即可。不过通过 ThreadLocal 内存溢出的问题,让我们搞清楚了 ThreadLocal 的具体实现,方便我们日后更好的使用 ThreadLocal,以及更好的应对面试。

关注公号「Java中文社群」查看更多有意思、涨知识的并发编程文章。

ThreadLocal内存溢出代码演示和原因分析!的更多相关文章

  1. 性能分析 | JVM发生内存溢出的8种原因及解决办法

    推荐阅读:史上最详细JVM与性能优化知识点综合整理 1.Java 堆空间 2.GC 开销超过限制 3.请求的数组大小超过虚拟机限制 4.Perm gen 空间 5.Metaspace 6.无法新建本机 ...

  2. JVM 中发生内存溢出的 8 种原因及解决办法

    1. Java 堆空间 2. GC 开销超过限制 3. 请求的数组大小超过虚拟机限制 4. Perm gen 空间 5. Metaspace 6. 无法新建本机线程 7. 杀死进程或子进程 8. 发生 ...

  3. JVM 发生内存溢出的 8 种原因、及解决办法

    阅读本文大概需要 2.3 分钟. 出处:割肉机 cnblogs.com/williamjie/p/11164572.html Java 堆空间 GC 开销超过限制 请求的数组大小超过虚拟机限制 Per ...

  4. Tomcat内存溢出的三种情况及解决办法分析

    Tomcat内存溢出的原因 在生产环境中tomcat内存设置不好很容易出现内存溢出.造成内存溢出是不一样的,当然处理方式也不一样. 这里根据平时遇到的情况和相关资料进行一个总结.常见的一般会有下面三种 ...

  5. Java 中 ThreadLocal 内存泄露的实例分析

    前言 之前写了一篇深入分析 ThreadLocal 内存泄漏问题是从理论上分析ThreadLocal的内存泄漏问题,这一篇文章我们来分析一下实际的内存泄漏案例.分析问题的过程比结果更重要,理论结合实际 ...

  6. 使用Eclipse Memory Analyzer分析Tomcat内存溢出

    前言 在平时开发.测试过程中.甚至是生产环境中,有时会遇到OutOfMemoryError,Java堆溢出了,这表明程序有严重的问题.我们需要找造成OutOfMemoryError原因.一般有两种情况 ...

  7. Java常见问题分析(内存溢出、内存泄露、线程阻塞等)

    Java垃圾回收机制(GC) 1.1 GC机制作用 1.2 堆内存3代分布(年轻代.老年代.持久代) 1.3 GC分类 1.4 GC过程 Java应用内存问题分析 2.1 Java内存划分 2.2 J ...

  8. [JVM教程与调优] 了解JVM 堆内存溢出以及非堆内存溢出

    在上一章中我们介绍了JVM运行时参数以及jstat指令相关内容:[JVM教程与调优] 什么是JVM运行时参数?.下面我们来介绍一下jmap+MAT内存溢出. 首先我们来介绍一下下JVM的内存结构. J ...

  9. 内存溢出OOM与内存泄漏ML

    附, 微信团队原创分享:Android内存泄漏监控和优化技巧总结 一.如何避免OOM 异常 想要避免OOM 异常首先我们要知道什么情况下会导致OOM 异常. 1.图片过大导致OOM Android 中 ...

随机推荐

  1. 第2课:操作系统网络配置【DevOps基础培训】

    第2课:操作系统网络配置 --DevOps基础培训 1. DNS配置 1.1 什么是DNS? 域名系统(英文:Domain Name System,缩写:DNS)是互联网的一项服务.它作为将域名和IP ...

  2. [GDKOI2021] 普及组 Day1 总结

    [ G D K O I 2021 ] 普 及 组 D a y 1 总 结 [GDKOI2021] 普及组 Day1 总结 [GDKOI2021]普及组Day1总结 长达3天的快乐GDKOI2021普及 ...

  3. 【RocketMQ源码分析】深入消息存储(2)

    前文回顾 CommitLog篇 --[RocketMQ源码分析]深入消息存储(1) MappedFile篇 --[RocketMQ源码分析]深入消息存储(3) 前文说完了一条消息如何被持久化到本地磁盘 ...

  4. 关于MySQL日志,我与阿里P9都聊了些啥?

    写在前面 周末,我与阿里P9资深技术专家(这里就不说名字了),聊起了MySQL这个话题,为啥会聊这个呢?因为他看到我出版了一部<MySQL技术大全:开发.优化与运维实战>,对书籍的评价也是 ...

  5. BUAA_OO_第四单元

    一.UML解析器设计 ​ 先看下题目:第四单元实现一个基于JDK 8带有效性检查的UML(Unified Modeling Language)类图,顺序图,状态图分析器 MyUmlInteractio ...

  6. 一个诡异的MySQL查询超时问题,居然隐藏着存在了两年的BUG

    这一周线上碰到一个诡异的BUG. 线上有个定时任务,这个任务需要查询一个表几天范围内的一些数据做一些处理,每隔十分钟执行一次,直至成功. 通过日志发现,从凌晨5:26分开始到5:56任务执行了三次,三 ...

  7. JVM学习笔记(一):JVM初探

    1 来源 来源:<Java虚拟机 JVM故障诊断与性能优化>--葛一鸣 章节:第一章 本文是第一章的一些笔记整理. 2 Java里程碑 2.1 Java起源 1990年Sun公司决定开发一 ...

  8. 《剑指offer》刷题笔记

    简介 此笔记为我在 leetcode 上的<剑指offer>专题刷题时的笔记整理. 在刷题时我尝试了 leetcode 上热门题解中的多种方法,这些不同方法的实现都列在了笔记中. leet ...

  9. day8.函数基础

    一.函数介绍 1.什么是函数     函数就是盛放代码的容器,把实现某一功能的一组代码丢到一个函数中     就做成了一个小工具       具备某一功能的工具->函数     事先准备工具的过 ...

  10. Day02_13_Javadoc_生成帮助文档

    JavaDoc 命令:javadoc -encoding UTF-8 -charset UTF-8 Doc.java 执行该命令后,会在java目录生成index.html打开就可以看到生成的文档了 ...