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一.什么是ThreadLocal
在Java中,ThreadLocal 类提供了一种方式,使得每个线程可以独立地持有自己的变量副本,而不是共享变量。这可以避免线程间的同步问题,因为每个线程只能访问自己的ThreadLocal变量。通过ThreadLocal为线程添加的值只能由这个线程访问到,其他的线程无法访问,因此就避免了多线程之间的同步问题
使用ThreadLocal时,通常需要实现以下步骤:
-
初始化:创建ThreadLocal变量。
javaprivate static ThreadLocal<T> threadLocal = new ThreadLocal<>();
-
设置值:使用set(T value)方法为当前线程设置值。
javathreadLocal.set(value);
-
获取值:使用get()方法获取当前线程的值。
javaT value = threadLocal.get();
-
移除值:使用remove()方法在线程结束时清除ThreadLocal变量,以避免内存泄漏。
javathreadLocal.remove();
在下面这个示例中,在主线程中存储了一个整形的10,新建一个线程后去取这个值是取不到的,因为该值只属于主线程,故输出为null
java
public class ThreadLocalExample {
private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
// 设置线程局部变量的值
threadLocal.set(10);
// 这个值在其他线程中是取不到获取的
new Thread(() -> {
Integer value = threadLocal.get();//null
System.out.println("Thread value: " + value);
}).start();
}
}
二.ThreadLocal的内部结构
在JDK8之后每一个线程都会维护一个ThreadLoaclMap,这个Map是一个哈希散列结构,如下图所示,每一个元素(Entry)都是一个键值对,key为ThreadLocal,Value为存储的数据,也就是set()方法存储的内容。
但是在早期并不是这样的,早期的JDK中都是由ThreadLocal来维护这样的一个Map,里面的key则是Thread,就像下图这样
Thread线程数一般往往是大于ThreadLocal的,那么当线程销毁的时候对比俩个方案,JDK8的方案则可以节省更多的内存空间(只需要将对应的ThreadLocalMap删除),JDK8之前的方案由于Thread只是Map的一个节点的key,将其释放掉就会导致这块Map的空间利用率很低。
我们也可以打开ThreadLocalMap的核心源码,会发现正是JDK8方案所示的结构
以下是添加了中文注释的版本
java
static class ThreadLocalMap {
/**
* 存储的每个元素--Entry
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
/**
* 初始容量--必须是2的整数幂
*/
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* 存放数据的Table,长度也必须是2的整数幂
*/
private Entry[] table;
/**
* 数组内已使用的长度,即Entrys的个数
*/
private int size = 0;
/**
* 进行扩容的阈值
*/
private int threshold; // Default to 0
}
三.ThreadLocal带来的内存泄露问题
首先是内存泄漏的概念:
- 内存溢出:没有足够的内存供申请者使用
- 内存泄漏:程序中已经动态分配的内存由于某种原因未释放或无法释放,造成系统内存的浪费,导致程序运行速度减慢甚至崩溃。此外内存泄漏的堆积最终也会导致内存溢出。
下图是ThreadLocal相关的内存结构图,在栈区中有threadLocal对象和当前线程对象,分别指向堆区真正存储的类对象,这俩个指向都是强引用。在堆区中当前线程肯定是只有自己的Map的信息的,而Map中又存储着一个个的Entry节点;在Entry节点中每一个Key都是ThreadLocal的实例,同时Value又指向了真正的存储的数据位置,以上便是下图的引用关系。
那么所谓的内存泄漏,其实就是指的Entry这块内存不能正确释放
有人可能会猜测出现内存泄漏是因为Entry中使用了弱引用的key(如下所示继承关系中的WeakReference),但这种理解其实是不对的
java
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
强弱引用的概念:
- 强引用(StrongReference):就是我们最常见的普通对象引用,只要还有强引用指向一个对象,就能表明对象还"活着",垃圾回收器就不会回收这种对象。
- 弱引用(WeakReference):垃圾回收器一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。
**▐**key强引用
我们可以按照强弱引用来分别推算一下,首先是强引用的情况
当我们在业务代码中使用完ThreadLocal,在栈区指向堆区的这个指向关系就会被回收掉了,但是由于Key是强引用指向ThreadLocal,故而堆区中的ThreadLocal无法被回收,此时的Key指向ThreadLocal,另外由于当前线程还没有结束,则下面那条强引用指向关系任然存在。故为下图的关系状态
在这样的情况下,由于栈上的指向已经消失了,我们无法访问到堆上的ThreadLocal,故而无法访问到Entry,但是Entry又有Map指向它,故而无法进行回收。那么此时的Entry即无法访问也无法回收,这就造成了Entry的内存溢出。
**▐**key弱引用
其次是弱引用的情况,当我们在业务代码中使用完ThreadLocal就通过垃圾回收(GC)进行了回收,那么由于Key是弱引用,Key此时就指向null,但是由于当前线程还没有结束,则下面那条强引用指向关系任然存在
在这样的情况下,Entry由于仍然有Map指向它所以不会被GC回收掉,但是此时的Key又为null,所以我们无法访问到这个Value。这就导致了这个Value我们即不能访问到也不能进行回收,此时就造成了Value的内存泄漏。
总结
通过以上分析,我们得知了不管Entry中的Key是否为弱引用,都会造成内存泄漏的情况,只不过强引用下是Entry的内存泄漏,弱引用下是Value的内存泄漏。造成这样内存泄漏的情况都有这样的共同特性:
- 都没有手动删除Entry
- 当先线程都在运行
也就是说,只要我们在使用完ThreadLocal后,调用其remove()方法删除对应的Entry就可以避免内存泄漏的问题。
并且由于ThreadLoaclMap是Thread的一个属性,故而它的生命周期和线程一样,那么当线程的生命周期结束,自然也就没有Map指向Entry,这也就在根源上解决了问题。
综上所述,造成ThreadLoacl内存泄漏的根本原因是:由于ThreadLoaclMap的生命周期和Thread一样长,如果没有手动删除对应的Key就会导致内存泄漏。
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