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主题

ThreadLocal ​

基本结构 ​

提示

  • ThreadLocal类，底层由ThreadLocalMap实现，是Thread类的成员变量，因为类的每个实例的成员变量都是这个实例独有的，所以在不同的Thread中有不同的副本，每个线程的副本只能由当前线程使用，线程间互不影响。
  • 因为一个线程可以拥有多个ThreadLocal对象，所以其内部使用ThreadLocalMap<ThreadLocal<?>, Object>来实现。
java
public class Thread implements Runnable {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}
public class ThreadLocal<T> {

	static class ThreadLocalMap {
        
        // 需要注意的是这里的Entry key是ThreadLocal的弱引用
        // 弱引用的特点是当对象没有被外部强引用引用时，下次GC弱引用对象会被清理
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            // value 与 ThreadLocal关联
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
    }
}

  1. 当前线程执行时(currentThread已初始化)，会初始化ThreadLocal对象，存储在Heap堆中，ThreadLocal的引用，即ThreadLocalRef会存储在当前线程Stack栈中。
  2. 当执行ThreadLocal的get()/set()方法时，会通过当前线程的引用找到当前线程在堆中的实例，判断这个实例的成员变量：ThreadLocalMap是否已经创建(即初始化)，如果没有则初始化。
  3. 若一个Threa中存在多个ThreadLocal，那么ThreadLocalMap会存在多个Entry，Entry的key是弱引用的ThreadLocal。

内存泄漏触发条件 ​

根据ThreadLocal堆栈示意图，我们可以推断处只要符合以下条件，ThreadLocal就会出现内存泄漏：

  1. ThreadLocal没有被外部强引用，这样在GC的时候ThreadLocal会被回收，导致key = null。
  2. key = null后没有调用过ThreadLocalMap中的get、set或remove方法中的任意一个。(因为这些方法会将key = null的value也置为null，便于GC回收)
  3. Thread对象没有被回收，Thread强引用着ThreadLocalMap，这样ThreadLocalMap也不会被回收。
  4. ThreadLocalMap没有被回收，但是它的Entry中的key已被回收，key关联的value也不能被外部访问，所以导致了内存泄漏。

总结如下：

Thread生命周期还没有结束，ThreadLocal对象被回收后且没有调用过get、set或remove方法就会导致内存泄漏。

我们可以看出内存泄漏的触发条件比较苛刻的，但确实会发生，其实只要线程Thread的生命周期结束，那么Thread的ThreadLocalMap也不会存在强引用，那么ThreadLocalMap中的value最终也会被回收。，所以在使用ThreadLocal时，除了需要密切关注Thread和ThreadLocal的生命周期，还需要在每次使用完之后调用remove方法，这样做还有一个问题就是：

如果你使用的是线程池，那么会出现线程复用的情况，如果不及时清理remove()会导致下次使用的值不符合预期。

ThreadLocal其他问题 ​

  • 为何key继承弱引用？

​ 回答此问题需要结合上段的ThreadLocal堆栈示意图来解析：

  1. 如果key不继承WeakReference<T>，此时key分别被栈中的ThreadLocal$Ref和Entry中的key引用，如果我们断开栈中的ThreadLocal$Ref引用，ThreadLocal对象仍不会被回收，因为Entry中的key还持有它的引用。
  2. 如果key继承了WeakReference<T>，此时当我们通过ThreadLocal threadLocal = null断开栈中的引用时，Entry中的key持有对ThreadLocal对象的弱引用，根据弱引用的原理：在下一次GC时，只持有弱引用的对象会被回收。所以ThreadLocal对象能够成功被回收。

​ 因为key继承了弱引用，所以不当操作会出现上段讨论的内存泄漏问题。

  • 为何value不继承弱引用？

    如果我们将value也继承了弱引用，那么此时只有Entry中持有对value的弱引用，若在你获取value前，JVM进行过垃圾回收，那么很尴尬的事情出现了：value被回收了!!，所以value不能继承弱引用。

  • 为何建议用static修饰ThreadLocal实例？

    在ThreadLocal类的注释中写道：

ThreadLocal instances are typically private static fields in classes that wish to associate state with a thread

  1. 避免每个线程都创建一个ThreadLocal对象，即使不会导致代码错误，但是会导致内存的浪费（创建多个作用等同的相同对象）
  2. 若我们将ThreadLocal对象修饰为类的静态变量，那么只要这个类不被回收，这个类就会持有ThreadLocal的强引用。减少因为不当操作导致内存泄漏的概率。