面试题:ThreadLocal 搭配线程池时为什么会造成内存泄漏?

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ThreadLocal是什么

ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射,各个线程之间的变量互不干扰,在高并发场景下,可以实现无状态的调用,特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。

下图为ThreadLocal的内部结构图

从上面的结构图,我们已经窥见ThreadLocal的核心机制:

  • 每个Thread线程内部都有一个Map。

  • Map里面存储线程本地对象(key)和线程的变量副本(value)

  • 但是,Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的,由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。

所以对于不同的线程,每次获取副本值时,别的线程并不能获取到当前线程的副本值,形成了副本的隔离,互不干扰。

ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类,没有实现Map接口,用独立的方式实现了Map的功能,其内部的Entry也独立实现。

和HashMap的最大的不同在于,ThreadLocalMap结构非常简单,没有next引用,也就是说ThreadLocalMap中解决Hash冲突的方式并非链表的方式,而是采用线性探测的方式。(ThreadLocalMap如何解决冲突?

在ThreadLocalMap中,也是用Entry来保存K-V结构数据的。但是Entry中key只能是ThreadLocal对象,这点被Entry的构造方法已经限定死了。

java 复制代码
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

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

注意了!!

Entry继承自WeakReference(弱引用,生命周期只能存活到下次GC前),但只有Key是弱引用类型的,Value并非弱引用。(问题马上就来了)

由于ThreadLocalMap的key是弱引用,而Value是强引用。这就导致了一个问题,ThreadLocal在没有外部对象强引用时,发生GC时弱引用Key会被回收,而Value不会回收。

当线程没有结束,但是ThreadLocal已经被回收,则可能导致线程中存在ThreadLocalMap<null, Object>的键值对,造成内存泄露。(ThreadLocal被回收,ThreadLocal关联的线程共享变量还存在)。

如何避免泄漏

为了防止此类情况的出现,我们有两种手段。

1、使用完线程共享变量后,显示调用ThreadLocalMap.remove方法清除线程共享变量;

既然Key是弱引用,那么我们要做的事,就是在调用ThreadLocal的get()、set()方法时完成后再调用remove方法,将Entry节点和Map的引用关系移除,这样整个Entry对象在GC Roots分析后就变成不可达了,下次GC的时候就可以被回收。

2、JDK建议ThreadLocal定义为private static,这样ThreadLocal的弱引用问题则不存在了。

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