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ThreadLocal数据结构、内存泄漏分析

article 2025/2/1 8:00:21

文章目录

⚽ThreadLocal
- 🎉入门案例
- 🎈ThreadLocal在线程中怎么存储的
- 🎗为什么会造成内存泄漏？
- 🎃ThreadLocalMap的key使用强引用和弱引用有什么区别呢？
- 🔔补充说明
- - Java中引用类型分类
  - 内存泄漏和内存溢出区别

⚽ThreadLocal

用来为每个线程提供独立的变量副本的

🎉入门案例

使用案例：

public class ThreadLocalMultipleExample {
    private static final ThreadLocal<Integer> threadLocal1 = ThreadLocal.withInitial(() -> 1);
    private static final ThreadLocal<String> threadLocal2 = ThreadLocal.withInitial(() -> "Hello");

    public static void main(String[] args) {
        // 线程A设置值
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            threadLocal1.set(10);
            threadLocal2.set("Thread A");
            System.out.println("Thread A - local1: " + threadLocal1.get()); // 10
            System.out.println("Thread A - local2: " + threadLocal2.get()); // Thread A
        });

        // 线程B设置值
        Thread threadB = new Thread(() -> {
            System.out.println("Thread B - local1: " + threadLocal1.get()); // 1
            System.out.println("Thread B - local2: " + threadLocal2.get()); // Hello
        });

        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

运行结果：可以看到虽然线程A修改了变量的值，但是在线程B中变量的值还是初始给的值，因为这两个变量在每个线程中都有自己的副本。

Thread A - local1: 10
Thread A - local2: Thread A
Thread B - local1: 1
Thread B - local2: Hello

🎈ThreadLocal在线程中怎么存储的

先来了解ThreadLocal在Thread时怎么存储的。

我们先看Thread的源码，里面有个ThreadLocalMap类型的变量。

public class Thread implements Runnable {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

从下面ThreadLocal的部分源码中可以看出，这个ThreadLocalMap类是ThreadLocal类中静态内部类。我们可以把ThreadLocalMap当做一个Map，其中ThreadLocal是key，存储的值就是value。

可以看到ThreadLocal的set、get方法，都是用Thread.currentThread()获取当前线程后，拿到每个线程自己独有的ThreadLocalMap之后进行读写操作，所以这里保证了每个线程都有自己的ThreadLocal副本。

public class ThreadLocal<T> {

    // ......省略部分代码
    static class ThreadLocalMap {
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
    
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
    }
    
    // ......省略部分代码
    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }
    
    // ......省略部分代码
    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            map.set(this, value);
        } else {
            createMap(t, value);
        }
    }
}

ThreadLocalMap和HashMap在存储结构上有些不同，HashMap是数组+链表（+红黑树）的形式，但是ThreadLocalMap是纯数组的形式，内部只有一个Entry[] table数组，其中一个Entry就是一个键值对。

使用ThreadLocal时需要注意避免出现内存泄漏问题。

🎗为什么会造成内存泄漏？

我们从源码中可以看出ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal不存在外部强引用时，Key(ThreadLocal)势必会被GC回收，这样就会导致ThreadLocalMap中key为null，而value还存在着强引用，只有当thead线程退出以后，value的强引用链条才会断掉。意味着这个线程一直不结束的话，这个value就一直无法回收，造成内存泄漏，这种情况一般发生在使用线程池的场景中，因为里面的线程正常情况下会一直存活。

在平时使用ThreadLocal类时，要避免内存泄漏问题，可以在线程处理完任务后，使用threadLocal.remove()方法，移除当前threadLocal。

🎃ThreadLocalMap的key使用强引用和弱引用有什么区别呢？

key 使用强引用：当ThreadLocalMap的key为强引用，发生GC时，因为ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用，同时ThreadLocalMap和Thread生命周期相同，如果没有手动删除，ThreadLocal不会被回收，导致Entry内存泄漏。
key 使用弱引用：当ThreadLocalMap的key为弱引用，发生GC时，由于ThreadLocalMap持有的是ThreadLocal的弱引用，即使没有手动删除，ThreadLocal也会被回收。当key为null，在下一次其他ThreadLocal调用他们的set()，get()，remove()方法的时候都会清除key为null对应的value值。