使用ThreadLocal怕内存泄漏？那你应该来看看这篇文章

程序员文章站 2022-06-15 17:21:26

...

你是否还只是停留在增删改查的业务开发阶段，是否对多线程的东西很陌生，这篇文章我们来聊聊多线程里一个很重要的类ThreadLocal。ThreadLocal俗称本地线程，可以将变量存入Thread中，有着线程隔离的作用。

使用示例

public class ThreadLocalExample implements Runnable{

    private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyyMMdd HHmm"));

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread Name= " + Thread.currentThread().getName() + " default Formatter = " + threadLocal.get().toPattern());
        try {
            Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        threadLocal.set(new SimpleDateFormat());

        System.out.println("Thread Name= " + Thread.currentThread().getName() + " Formatter = " + threadLocal.get().toPattern());
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadLocalExample threadLocalExample = new ThreadLocalExample();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(threadLocalExample, "" + i);
            Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
            thread.start();
        }
    }
}

上面代码结果为：无论有多少线程，每一个线程都有两种结果。一种结果为自己设置的日期格式，一种为默认的日期格式。

运行结果如下：

Thread Name= 0 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 0 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 1 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 2 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 1 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 2 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 3 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 3 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 4 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 6 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 5 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 4 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 6 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 5 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 7 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 8 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 9 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 7 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 8 Formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 9 Formatter = yy-M-d ah:mm

使用场景：

❝
如果你有一个变量想绑定到线程中，你可以使用ThreadLocal实现。
❞

底层原理

上面说了变量保存到线程里，是如何保存的呢？我们来看看Thread类的源码：

public
class Thread implements Runnable {
   ...

    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
   ...
}

发现有一个ThreadLocalMap，于是我猜想，变量是不是放在这个Map的value中呢？通过看ThreadLocalMap代码我们发现：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

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

ThreadLocalMap实际上是一个Entry，这个Entry的「key」是一个ThreadLocal，「value」是我们存进去的值。

细心的你可能发现了Entry继承了WeakReference<ThreadLocal<?>>。真是一脸懵逼，WeakReference又是个什么，发现自己在无知的道路上越走越远。其实源码上面有解释：

❝
The entries in this hash map extend WeakReference, using its main ref field as the key (which is always a ThreadLocal object). Note that null keys (i.e. entry.get() == null) mean that the key is no longer referenced, so the entry can be expunged from table. Such entries are referred to as "stale entries" in the code that follows.
❞

大概意思是Entry里的「key」是一个弱引用。至于弱引用是什么我们后面介绍。

再来看看ThreadLocal的set方法：

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

当执行set方法时，会从Thread中拿到ThreadLocalMap,如果ThreadLocalMap能拿到，把值存入ThreadLocalMap中，否则创建一个新的ThreadLocalMap，并存入值。

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

get方法就比较简单了，根据「key」拿值。

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();
}

弱引用

上面说到ThreadLocalMap的「key」是一个ThreadLocal的弱引用。那什么是弱引用呢？

我们来看看*的解释：

❝
在计算机程序设计中，「弱引用」与强引用相对，是指不能确保其引用的对象不会被垃圾回收器回收的引用。一个对象若只被弱引用所引用，则被认为是不可访问（或弱可访问）的，并因此可能在任何时刻被回收。一些配有垃圾回收机制的语言，如Java、C#、Python、Perl、Lisp等都在不同程度上支持弱引用。
❞

在进行垃圾回收时，回收器会回收掉这些弱引用。来看个弱引用的示例代码：

import java.lang.ref.WeakReference;
 
public class ReferenceTest {
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 
            WeakReference r = new WeakReference(new String("I'm here"));
            WeakReference sr = new WeakReference("I'm here");
            System.out.println("before gc: r=" + r.get() + ", static=" + sr.get());
            System.gc();
            Thread.sleep(100);
 
            //只有r.get()变为null
            System.out.println("after gc: r=" + r.get() + ", static=" + sr.get());
 
 }
}

运行结果如下：

before gc: r=I'm here, static=I'm here
after gc: r=null, static=I'm here

如果一个对象被弱引用着，那么经历一次「GC」，这个引用会被回收。

❝
那么这个「Entry」为什么要使用弱引用呢？
❞

如果「Entry」的key使用强引用，key的引用会一直指向ThreadLocal对象，如果线程Thread存在，Entry也一直存在，会有内存泄漏的危险。

但是即使使用弱引用还是会有内存泄漏的风险。ThreadLocal被回收，key的值变为null，会导致整个value再也无法被访问。虽然依然存在内存泄漏，但比强引用多了一层保障。

解决内存泄漏问题

那我们如何解决内存泄漏问题呢？

ThreadLocal结构图如下：

使用ThreadLocal怕内存泄漏？那你应该来看看这篇文章

其实当对应的ThreadLocal被回收后，对应的value在下一次ThreadLocalMap调用set，get，remove中的任一方法会被清除。从而避免内存泄漏。所以在用完ThreadLocal时，注意调用一下remove方法即可。

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