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,理论结合实际才能彻底分析出内存泄漏的原因。
案例与分析
问题背景
在 Tomcat 中,下面的代码都在 webapp 内,会导致WebappClassLoader
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LeakingServlet
被调用过一次,且执行它的线程没有停止,就会导致WebappClassLoader
泄漏。每次你 reload 一下应用,就会多一份WebappClassLoader
实例,最后导致 PermGen OutOfMemoryException
。
解决问题
现在我们来思考一下:为什么上面的ThreadLocal
子类会导致内存泄漏?
WebappClassLoader
首先,我们要搞清楚WebappClassLoader
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WebappClassLoader
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WebappClassLoader
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WebappClassLoader
,这跟 Java 核心的类加载器不一样。
我们知道:导致WebappClassLoader
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?
类的生命周期与类加载器
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。这个问题说起来又是一篇文章,参考我做的笔记类的生命周期。
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:
- 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。
- 加载该类的
ClassLoader
已经被回收。 - 该类对应的
java.lang.Class
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。
由用户自定义的类加载器加载的类是可以被卸载的。
注意上面这句话,WebappClassLoader
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 PermGen OutOfMemoryException
。
关键点看下面这幅图
我们可以发现: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WebappClassLoader
,导致它泄漏的元凶。
引用关系图
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LeakingServlet.class
与myThreadLocal
引用画的不严谨,主要是想表达myThreadLocal
是类变量的意思)
leak_1
下面,我们根据上面的图来分析WebappClassLoader
泄漏的原因。
LeakingServlet
持有static
的MyThreadLocal
,导致myThreadLocal
的生命周期跟LeakingServlet
类的生命周期一样长。意味着myThreadLocal
不会被回收,弱引用形同虚设,所以当前线程无法通过ThreadLocalMap
的防护措施清除counter
的强引用(见深入分析 ThreadLocal 内存泄漏问题)。- 强引用链:
thread -> threadLocalMap -> counter -> MyCounter.class -> WebappClassLocader
,导致WebappClassLoader
泄漏。
总结
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。最后我留另一个类似的案例供读者分析。
本文的案例来自于 Tomcat 的 Wiki MemoryLeakProtection
课后题
假设我们有一个定义在 Tomcat Common Classpath 下的类(例如说在 tomcat/lib
目录下)
public class ThreadScopedHolder {private final static ThreadLocal<Object> threadLocal = new ThreadLocal<Object>();public static void saveInHolder(Object o) {threadLocal.set(o);}public static Object getFromHolder() {return threadLocal.get();}
}
两个在 webapp 的类:
public class MyCounter {private int count = 0;public void increment() {count++;}public int getCount() {return count;}
}
public class LeakingServlet extends HttpServlet {protected void doGet(HttpServletRequest request,HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {MyCounter counter = (MyCounter)ThreadScopedHolder.getFromHolder();if (counter == null) {counter = new MyCounter();ThreadScopedHolder.saveInHolder(counter);}response.getWriter().println("The current thread served this servlet " + counter.getCount()+ " times");counter.increment();}
}
提示
leak_2
欢迎大家批评指正,留言交流。
参考文章
ClassLoader内存溢出-从tomcat的reload说起
类加载器内存泄露与tomcat自定义加载器
类的生命周期
深入分析 ThreadLocal 内存泄漏问题
Tomcat源码解读系列(四)——Tomcat类加载机制概述
MemoryLeakProtection
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