OutOfMemoryError - 为什么一个等待的线程不能被垃圾回收？

Question

这段简单的示例代码展示了一个问题。我创建了一个 ArrayBlockingQueue 和一个线程，使用 take() 等待从该队列中获取数据。在循环结束后，理论上队列和线程都可以被垃圾回收，但实际上很快就会出现 OutOfMemoryError 错误。是什么阻止了它们被GC，如何解决这个问题？

/**
 * Produces out of memory exception because the thread cannot be garbage
 * collected.
 */
@Test
public void checkLeak() {
    int count = 0;
    while (true) {

        // just a simple demo, not useful code.
        final ArrayBlockingQueue<Integer> abq = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
        final Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    abq.take();
                } catch (final InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
        t.start();

        // perform a GC once in a while
        if (++count % 1000 == 0) {
            System.out.println("gc");
            // this should remove all the previously created queues and threads
            // but it does not
            System.gc();
        }
    }
}

我正在使用Java 1.6.0。

更新：在几个迭代之后执行垃圾回收，但这并没有帮助解决问题。

- martinus

Answer 1

线程是顶级对象。它们是“特殊的”，因此不遵循其他对象的相同规则。它们不依赖于引用来保持它们“活着”（即免受GC的影响）。只有线程结束后，它才会被垃圾回收。但是，在您的示例代码中，由于线程被阻塞，因此它不会结束。当然，既然线程对象没有被垃圾回收，那么由它引用的任何其他对象（在您的情况下是队列）也无法被垃圾回收。

- Robin

Answer 2

您正在无限创建线程，因为它们都会阻塞，直到 ArrayBlockingQueue<Integer> abq 有一些条目。因此，最终您将获得一个 OutOfMemoryError。 (编辑) 每个线程都不会结束，因为它会阻塞直到 abq 队列有一个条目。 如果线程正在运行，则 GC 不会收集线程引用的任何对象，包括队列 abq 和线程本身。

- bruno conde

---

是的，但当循环结束时，队列不再被引用。 - martinus

我的意思是，当循环的结尾再次从顶部开始时，先前创建的队列和线程不再被引用。 - martinus

Answer 3

abq.put(0);

这将会挽救你的一天。

你的所有线程都在等待其队列的take() 方法，但你从未往这些队列中放置任何东西。

- cadrian

Answer 4

System.gc 调用不起作用，因为没有要回收的内容。当线程启动时，它会增加线程的引用计数，如果不这样做，线程将不确定地终止。当线程的运行方法完成时，线程的引用计数将减少。

while (true) {
    // just a simple demo, not useful code.
    // 0 0 - the first number is thread reference count, the second is abq ref count
    final ArrayBlockingQueue<Integer> abq = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
    // 0 1
    final Thread t = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                abq.take();
                // 2 2
            } catch (final InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
    // 1 1
    t.start();
    // 2 2 (because the run calls abq.take)
    // after end of loop
    // 1 1 - each created object's reference count is decreased
}

现在，存在一个潜在的竞争条件 - 如果主循环在线程 t 有机会进行任何处理之前终止并进行垃圾回收，即在执行 abq.take 语句之前被操作系统挂起怎么办？运行方法将尝试在 GC 释放它之后访问 abq 对象，这是不好的。

为了避免竞争条件，应将对象作为参数传递给运行方法。我不确定 Java 这些天怎么样，已经过了一段时间了，所以我建议将对象作为构造函数参数传递给从 Runnable 派生的类。这样，在调用运行方法之前，就会多一个对 abq 的引用，从而确保对象始终有效。

- Skizz

---

Java不使用引用计数进行垃圾回收。 - TrayMan

快速搜索确认没有引用计数。将“引用计数”替换为“对象的引用数量”。只有当没有对对象的引用时，才会释放对象使用的内存。在示例代码中，存在一些引用，OP 没有意识到这些引用的存在。 - Skizz

即使使用引用计数，也可以通过让“t.start()”调用增加“t”的引用计数来轻松防止竞争条件。现在，当“t”超出范围时，仍然有一个引用计数，因此不会在“t”上发生GC。正如所指出的，Java不使用引用计数，但基本思想是相同的：线程在其“start()”方法被调用时标记为运行状态（因此被防止GC），而不仅仅是在新线程开始执行时。 - Christian Semrau

Answer 5

你启动了线程，因此所有这些新线程将在循环继续创建新线程的同时异步运行。

由于你的代码正在锁定，这些线程是系统中的生命引用，无法被收集。但即使它们正在执行一些工作，这些线程也不太可能像它们被创建那样快速终止（至少在这个示例中），因此GC无法收集所有内存，并最终会出现OutOfMemoryException。

创建尽可能多的线程既不高效也不明智。如果没有要求所有这些挂起的操作并行运行，您可以使用线程池和可运行项队列来处理。

- Lucero

---

@martinus 请仔细阅读。垃圾回收线程所需的时间比创建线程所需的时间更长。如果你在一个没有堵塞的浴缸里添加水，而且你加水的速度比排水口流出的速度快，那么浴缸最终会溢出。这是一种资源分配/释放竞态条件。如果只创建100个线程并继续执行while循环，会发生什么？这些线程最终会被回收吗？ - Wedge

@wedge，不，它们永远不会被收集！或者做些其他的事情。即使我在每个循环末尾等待一秒钟，也没有任何东西被GC'd。 - martinus

这与创造与毁灭的时间无关。这些对象没有被收集，因为线程从未终止，因为它在等待一个永远不会填充的队列。（请参见其他帖子） - cadrian

@cadrian：没错，它会等待，但我的观点依然正确，他只是在发布之前创建它们。这才是关键，即使他添加了 put(0) 或其他内容来解除线程阻塞，他迟早也会陷入这种情况。 - Lucero

我猜有些人不喜欢我。我的回答已经被投票否决了5次，起初没有说明线程正在阻塞，但是对于导致OutOfMemoryException的问题是准确的。哦，好吧。 - Lucero

Answer 6

你的 while 循环是一个无限循环，并且它不断地创建新线程。虽然你在创建线程后立即启动了线程执行，但线程完成任务所需的时间大于创建线程所需的时间。

此外，在 while 循环内部声明 abq 参数的作用是什么？

根据你的编辑和其他评论。System.gc() 不能保证进行 GC 循环。请阅读我上面的陈述，你的线程执行速度低于创建速度。

我检查了 take() 方法的注释：“检索并删除此队列的头部，在此队列上没有元素时等待。”我看到你定义了 ArrayBlockingQueue，但你没有向其中添加任何元素，因此所有的线程都只是在等待该方法，这就是为什么你会遇到 OOM 的原因。

- Bhushan Bhangale

Answer 7

我不知道Java中线程是如何实现的，但有一个可能的原因让我想到为什么队列和线程不能被收集：这些线程可能是使用系统同步原语作为系统线程的包装器，在这种情况下，GC无法自动收集等待线程，因为它无法确定线程是否存活，即GC根本不知道线程不能被唤醒。

我无法确定修复它的最佳方法，因为我需要知道您要做什么，但您可以查看java.util.concurrent，看看它是否有适合您需求的类。

- TrayMan