ThreadLocal内存溢出代码演示和原因分析!
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:
- 使用锁(使用 synchronized 或 Lock);
- 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
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- 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 ...
- [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 ...
- 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
- 【框架】SPI四种模式+通用设备驱动实现-源码
目录 前言 bsp_spi.c bsp_spi.h bsp_flash.c bsp_flash.h 前言 SPI 介绍为搜集百度资料+个人理解 其余为原创(有误请指正) 集四种模式于一身 demo 采 ...
- 清明|TcaplusDB持续为您保驾护航
清明将至,又到一年休闲踏青,祭拜祖先的时机. 清明假期期间,TcaplusDB不停歇,我们将一如既往地守护您的数据,继续做您最坚实的后盾. 在未来,TcaplusDB还将以国产键值型数据库领航者的身 ...
- C# .NET Socket 简单实用框架,socket组件封装
参考资料 https://www.cnblogs.com/coldairarrow/p/7501645.html 根据.NET Socket 简单实用框架进行了改造,这个代码对socket通信封装还是 ...
- 使用Vanilla框架制作时间倒数器 ——JavaScript
一.制作时间倒数器要求以及思路: 1.首先创建三个输入字段,分别是小时,分钟和秒,以及"开始"按钮.输入的初始值必须为0h 5m 0s.当用户输入小时,分钟和秒并单击" ...
- Ray Tracing in one Weekend 阅读笔记
目录 一.创建Ray类,实现背景 二.加入一个球 三.让球的颜色和其法线信息相关 四.多种形状,多个碰撞体 五.封装相机类 六.抗锯齿 七.漫发射 八.抽象出材料类(编写metal类) 九.介质材料( ...
- [R可视化]ggplot2库介绍及其实例
前言 ggplot是一个拥有一套完备语法且容易上手的绘图系统,在Python和R中都能引入并使用,在数据分析可视化领域拥有极为广泛的应用.本篇从R的角度介绍如何使用ggplot2包,首先给几个我觉得最 ...
- OpenCV 之 空间刚体变换
刚体就是 "刚性物体",它在运动过程中,内部各质点间的相对位置不会改变,也即 每两个质点间的距离 保持不变 假设刚体内任意两个质点,坐标分别为 $(x_1, y_1, z_1)$ ...
- 【OO课下讨论】bug中的“二八定律”
bug中的"二八定律" 本文主要为讨论2020/3/17下午OO课讨论的第三个思考题设立 有一个经典的经验性原则,叫帕累托原则,也称为二八定律.这个原则在经济.社会和科技等多个领域 ...
- Word Reversal(string)
For each list of words, output a line with each word reversed without changing the order of the word ...
- js收藏展开与隐藏,返回顶部
var a = document.getElementById("more");var b = document.getElementById("moreList&quo ...