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ThreadLocal - ThreadlMap与弱引用

2023-11-07

ThreadLocal源码

在看ThreadLocal源码的时候，其中嵌套类ThreadLocalMap中的Entry继承了WeakReferenc

static class ThreadLocalMap {
  static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
      /** The value associated with this ThreadLocal. */
      Object value;
      Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
          super(k);
          value = v;
      }
  }

下面进入正题，WeakReference如字面意思，弱引用， 当一个对象仅仅被weak reference（弱引用）指向, 而没有任何其他strong reference（强引用）指向的时候, 如果这时GC运行, 那么这个对象就会被回收，不论当前的内存空间是否足够，这个对象都会被回收。

从认识WeakReference开始

弱引用对象，它不阻止它们的引用对象被设定为 finalizable, finalized, and reclaimed。弱引用最常用于实现规范化映射。假设垃圾收集器在某个时间点确定一个对象是弱可达的。此时，它将自动清除对该对象的所有弱引用，以及对任何其他弱可达对象的所有弱引用，而该对象可通过强和软引用链访问。同时，它将声明所有以前弱可达的对象为可终结的。在同一时间或稍后的某个时间，它将对那些注册在引用队列中的新清除的弱引用进行排队。

public class WeakReference<T> extends Reference<T> {

    /**
     * Creates a new weak reference that refers to the given object.  The new
     * reference is not registered with any queue.
     *
     * @param referent object the new weak reference will refer to
     */
    public WeakReference(T referent) {
        super(referent);
    }

    /**
     * Creates a new weak reference that refers to the given object and is
     * registered with the given queue.
     *
     * @param referent object the new weak reference will refer to
     * @param q the queue with which the reference is to be registered,
     *          or <tt>null</tt> if registration is not required   
     */
    public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
    }

}

引用对象的抽象基类。该类定义了所有引用对象的通用操作。因为引用对象是与垃圾收集器密切合作实现的，所以不能直接对该类进行子类化。

public abstract class Reference<T> {
     private T referent;         /* Treated specially by GC */
     //要注册引用的队列，或null如果不需要注册
    volatile ReferenceQueue<? super T> queue;
    
     /* When active:   NULL
     *     pending:   this
     *    Enqueued:   next reference in queue (or this if last)
     *    Inactive:   this
     *  四种状态
     */
    @SuppressWarnings("rawtypes")
    Reference next;


    /* When active:   next element in a discovered reference list maintained by GC (or this if last)
     *   pending:   next element in the pending list (or null if last)
     *   otherwise:   NULL
     */
    transient private Reference<T> discovered;  /* used by VM */
 /**
   * 返回该引用对象的referent。如果该引用对象已经被清除，或者被程序或垃圾收集器清除，然后此方法返null
   */  
 public T get() {
        return this.referent;
    }
}

    /* 
     *   pending:   next element in the pending list (or null if last)
     *   otherwise:   NULL
     * 
     */
  public void clear() {
        this.referent = null;
    }

关于弱引用的测试

通过finalize 自救，再次对finalize对象赋值，来保证此次gc不会回收对象，但是finalize方法只会执行一次

public class TestFinalize {
    private static TestFinalize finalize;

    /**
     * 覆盖finalize，在回收的时候会执行。
     * 只会执行一次
     *
     * @throws Throwable
     */
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("TestFinalize： 执行 finalize 方法");
        finalize=this;
    }



    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestFinalize.finalize = new TestFinalize();
        finalize=null;
        //手动触发一次gc
        System.gc();

        Thread.sleep(3000);

        System.out.println("第一次gc后"+ TestFinalize.finalize);

        finalize=null;
        System.gc();
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("第二次gc后"+ TestFinalize.finalize);
    }
}

entry.get()=null,仅仅回收被弱引用的对象，而不是回收弱引用对象，如下使用弱引用引用对象

public class NullReference {
    private String name;

    public NullReference() {
    }

    public NullReference(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

   @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("TestFinalize： 执行 finalize 方法 name:"+name);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "NullReference{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}' + ", hashCode:" + this.hashCode();
    }

}

/**
 * 这个时候 NullReference 就成为了 被弱引用的对象
 * 在弱引用回收的时候会回收 NullReference 而不是回收WeakReference 的子类TestWeakReference
 */
public class TestWeakReference extends WeakReference<NullReference> {

    public TestWeakReference(NullReference referent) {
        super(referent);
    }


    public static void main(String[] args) {
        TestWeakReference testWeakReference = new TestWeakReference(new NullReference("被弱引用的对象"));
        //通过WeakReference的get()方法获取Apple
        System.out.println("referent:" + testWeakReference.get());
        //被弱引用的对象 GC直接回收，其他强引用也可以访问
        System.gc();
        try {
            //休眠一下，在运行的时候加上虚拟机参数v，输出gc信息，确定gc发生了。
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //如果为空，代表被回收了
        if (testWeakReference.get() == null) {
            System.out.println("clear referent。");
        }

        System.out.println("TestWeakReference:" + testWeakReference);
    }

}

测试输出结果如下：

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\bin\java.exe" -XX:+PrintGCDetails "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA Community Edition 2022.2\lib\idea_rt.jar=64914:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA Community Edition 2022.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\rt.jar;C:\project\fairy-letCode\target\classes;C:\Users\EHUALUL\.m2\local_repo\org\projectlombok\lombok\1.18.12\lombok-1.18.12.jar" com.fairy.letCode.threadLocal.TestWeakReference
referent:NullReference{name='被弱引用的对象'}, hashCode:1956725890
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 3932K->496K(76288K)] 3932K->504K(251392K), 0.0010511 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 496K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->367K(175104K)] 504K->367K(251392K), [Metaspace: 3138K->3138K(1056768K)], 0.0039893 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
TestFinalize： 执行 finalize 方法 name:被弱引用的对象
clear referent。
TestWeakReference:com.fairy.letCode.threadLocal.TestWeakReference@1540e19d
Heap
 PSYoungGen      total 76288K, used 4587K [0x000000076ab00000, 0x0000000770000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 7% used [0x000000076ab00000,0x000000076af7afe0,0x000000076eb00000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076eb00000,0x000000076eb00000,0x000000076f580000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076f580000,0x000000076f580000,0x0000000770000000)
 ParOldGen       total 175104K, used 367K [0x00000006c0000000, 0x00000006cab00000, 0x000000076ab00000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c0000000,0x00000006c005bca0,0x00000006cab00000)
 Metaspace       used 3236K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 356K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 0

测试使用ReferenceQueue，会将回收的弱引用对象注册到Queue

public class TestWeakReferntQueue {
    public static void main(String[] args) {
        ReferenceQueue<NullReference> appleReferenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        WeakReference<NullReference> appleWeakReference = new WeakReference<>(new NullReference("青苹果"), appleReferenceQueue);
        WeakReference<NullReference> appleWeakReference2 = new WeakReference<>(new NullReference("毒苹果"), appleReferenceQueue);

        System.out.println("=====gc调用前=====");
        Reference<? extends NullReference> reference = null;
        while ((reference = appleReferenceQueue.poll()) != null ) {
            //不会输出，因为没有回收被弱引用的对象，并不会加入队列中
            System.out.println(reference);
        }
        System.out.println(appleWeakReference);
        System.out.println(appleWeakReference2);
        System.out.println(appleWeakReference.get());
        System.out.println(appleWeakReference2.get());

        System.out.println("=====调用gc=====");
        System.gc();
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("=====gc调用后=====");

        //下面两个输出为null,表示对象被回收了
        System.out.println(appleWeakReference.get());
        System.out.println(appleWeakReference2.get());

        //输出结果，并且就是上面的appleWeakReference、appleWeakReference2，再次证明对象被回收了
        Reference<? extends NullReference> reference2 = null;
        while ((reference2 = appleReferenceQueue.poll()) != null ) {
            //如果使用继承的方式就可以包含其他信息了
            System.out.println("appleReferenceQueue中：" + reference2);
        }
    }
}

测试输出结果如下：

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\bin\java.exe" -XX:+PrintGCDetails "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA Community Edition 2022.2\lib\idea_rt.jar=64947:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA Community Edition 2022.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_341\jre\lib\rt.jar;C:\project\fairy-letCode\target\classes;C:\Users\EHUALUL\.m2\local_repo\org\projectlombok\lombok\1.18.12\lombok-1.18.12.jar" com.fairy.letCode.threadLocal.TestWeakReferntQueue
=====gc调用前=====
java.lang.ref.WeakReference@74a14482
java.lang.ref.WeakReference@1540e19d
NullReference{name='青苹果'}, hashCode:1735600054
NullReference{name='毒苹果'}, hashCode:21685669
=====调用gc=====
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 3932K->464K(76288K)] 3932K->472K(251392K), 0.0010516 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 464K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->388K(175104K)] 472K->388K(251392K), [Metaspace: 3143K->3143K(1056768K)], 0.0040658 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs] 
TestFinalize： 执行 finalize 方法 name:毒苹果
TestFinalize： 执行 finalize 方法 name:青苹果
=====gc调用后=====
null
null
appleReferenceQueue中：java.lang.ref.WeakReference@74a14482
appleReferenceQueue中：java.lang.ref.WeakReference@1540e19d
Heap
 PSYoungGen      total 76288K, used 4587K [0x000000076ab00000, 0x0000000770000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 7% used [0x000000076ab00000,0x000000076af7afd0,0x000000076eb00000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076eb00000,0x000000076eb00000,0x000000076f580000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076f580000,0x000000076f580000,0x0000000770000000)
 ParOldGen       total 175104K, used 388K [0x00000006c0000000, 0x00000006cab00000, 0x000000076ab00000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c0000000,0x00000006c0061178,0x00000006cab00000)
 Metaspace       used 3237K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 356K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 0

从测试结果可以看到Gc后，如果被引用的弱引用对象的entry.get()=null, 会被回收，而这些弱引用对象会注册到queue中

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