案例與分析

問(wèn)題背景

在 Tomcat 中，下面的代碼都在 webapp 內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致WebappClassLoader泄漏，無(wú)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();
    }
}

上面的代碼中，只要LeakingServlet被調(diào)用過(guò)一次，且執(zhí)行它的線程沒(méi)有停止，就會(huì)導(dǎo)致WebappClassLoader泄漏。每次你 reload 一下應(yīng)用，就會(huì)多一份WebappClassLoader實(shí)例，最后導(dǎo)致 PermGen OutOfMemoryException。

解決問(wèn)題

現(xiàn)在我們來(lái)思考一下：為什么上面的ThreadLocal子類會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏？

WebappClassLoader

首先，我們要搞清楚WebappClassLoader是什么鬼？

對(duì)于運(yùn)行在 Java EE容器中的 Web 應(yīng)用來(lái)說(shuō)，類加載器的實(shí)現(xiàn)方式與一般的 Java 應(yīng)用有所不同。不同的 Web 容器的實(shí)現(xiàn)方式也會(huì)有所不同。以 Apache Tomcat 來(lái)說(shuō)，每個(gè) Web 應(yīng)用都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的類加載器實(shí)例。該類加載器也使用代理模式，所不同的是它是首先嘗試去加載某個(gè)類，如果找不到再代理給父類加載器。這與一般類加載器的順序是相反的。這是 Java Servlet 規(guī)范中的推薦做法，其目的是使得 Web 應(yīng)用自己的類的優(yōu)先級(jí)高于 Web 容器提供的類。這種代理模式的一個(gè)例外是：Java 核心庫(kù)的類是不在查找范圍之內(nèi)的。這也是為了保證 Java 核心庫(kù)的類型安全。

也就是說(shuō)WebappClassLoader是 Tomcat 加載 webapp 的自定義類加載器，每個(gè) webapp 的類加載器都是不一樣的，這是為了隔離不同應(yīng)用加載的類。

那么WebappClassLoader的特性跟內(nèi)存泄漏有什么關(guān)系呢？目前還看不出來(lái)，但是它的一個(gè)很重要的特點(diǎn)值得我們注意：每個(gè) webapp 都會(huì)自己的WebappClassLoader，這跟 Java 核心的類加載器不一樣。

我們知道：導(dǎo)致WebappClassLoader泄漏必然是因?yàn)樗粍e的對(duì)象強(qiáng)引用了，那么我們可以嘗試畫(huà)出它們的引用關(guān)系圖。等等！類加載器的作用到底是啥？為什么會(huì)被強(qiáng)引用？

類的生命周期與類加載器

要解決上面的問(wèn)題，我們得去研究一下類的生命周期和類加載器的關(guān)系。

跟我們這個(gè)案例相關(guān)的主要是類的卸載：

在類使用完之后，如果滿足下面的情況，類就會(huì)被卸載：

      1、該類所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，也就是 Java 堆中不存在該類的任何實(shí)例。

      2、加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收。

      3、該類對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有任何地方被引用，沒(méi)有在任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類的方法。

如果以上三個(gè)條件全部滿足，JVM 就會(huì)在方法區(qū)垃圾回收的時(shí)候?qū)︻愡M(jìn)行卸載，類的卸載過(guò)程其實(shí)就是在方法區(qū)中清空類信息，Java 類的整個(gè)生命周期就結(jié)束了。

由Java虛擬機(jī)自帶的類加載器所加載的類，在虛擬機(jī)的生命周期中，始終不會(huì)被卸載。Java虛擬機(jī)自帶的類加載器包括根類加載器、擴(kuò)展類加載器和系統(tǒng)類加載器。Java虛擬機(jī)本身會(huì)始終引用這些類加載器，而這些類加載器則會(huì)始終引用它們所加載的類的Class對(duì)象，因此這些Class對(duì)象始終是可觸及的。

由用戶自定義的類加載器加載的類是可以被卸載的。

注意上面這句話，WebappClassLoader如果泄漏了，意味著它加載的類都無(wú)法被卸載，這就解釋了為什么上面的代碼會(huì)導(dǎo)致 PermGen OutOfMemoryException。

關(guān)鍵點(diǎn)看下面這幅圖

我們可以發(fā)現(xiàn)：類加載器對(duì)象跟它加載的 Class 對(duì)象是雙向關(guān)聯(lián)的。這意味著，Class 對(duì)象可能就是強(qiáng)引用WebappClassLoader，導(dǎo)致它泄漏的元兇。

引用關(guān)系圖

理解類加載器與類的生命周期的關(guān)系之后，我們可以開(kāi)始畫(huà)引用關(guān)系圖了。（圖中的LeakingServlet.class與myThreadLocal引用畫(huà)的不嚴(yán)謹(jǐn)，主要是想表達(dá)myThreadLocal是類變量的意思）

下面，我們根據(jù)上面的圖來(lái)分析WebappClassLoader泄漏的原因。

      1、LeakingServlet持有static的MyThreadLocal，導(dǎo)致myThreadLocal的生命周期跟LeakingServlet類的生命周期一樣長(zhǎng)。意味著myThreadLocal不會(huì)被回收，弱引用形同虛設(shè)，所以當(dāng)前線程無(wú)法通過(guò)ThreadLocalMap的防護(hù)措施清除counter的強(qiáng)引用。

      2、強(qiáng)引用鏈：thread -> threadLocalMap -> counter -> MyCounter.class -> WebappClassLocader，導(dǎo)致WebappClassLoader泄漏。

總結(jié)

內(nèi)存泄漏是很難發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，往往由于多方面原因造成。ThreadLocal由于它與線程綁定的生命周期成為了內(nèi)存泄漏的常客，稍有不慎就釀成大禍。本文只是對(duì)一個(gè)特定案例的分析，若能以此舉一反三，那便是極好的。希望本文對(duì)大家能有所幫助。

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