ThreadLocal 释放的方式有哪些

程序猿进阶2024-09-10 7:08

ThreadLocal基础概念：IT-BLOG-CN

ThreadLocal是Java中用于在同一个线程中存储和隔离变量的一种机制。通常情况下，我们使用ThreadLocal来存储线程独有的变量，并在任务完成后通过remove方法清理这些变量，以防止内存泄漏。然而，在使用线程池时，线程会被重用，这可能导致ThreadLocal变量未被及时清理，从而引发内存泄漏问题。

除了直接调用ThreadLocal的remove方法外，还有一些其他方式可以帮助释放ThreadLocal变量：

一、在线程池中使用自定义的ThreadFactory

创建一个自定义的ThreadFactory，在创建线程时添加钩子，以便在任务完成后清理ThreadLocal变量。扩展：搭建统一线程池平台，对该部分进行了改造。提供多个工厂，就包含自动清理工厂。

java 复制代码 
import java.util.concurrent.ThreadFactory;

public class CleaningThreadFactory implements ThreadFactory {
    private final ThreadFactory defaultFactory = Executors.defaultThreadFactory();

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        return defaultFactory.newThread(() -> {
            try {
                r.run();
            } finally {
                // 清理ThreadLocal变量
                ThreadLocalHolder.clear();
            }
        });
    }
}

这里的ThreadLocalHolder就是所有ThreadLocal的一个管理类，这里举个例子：

java 复制代码 
public class ThreadLocalHolder {
private static final ThreadLocal<AggAlibabaRerQueryResponse> TL_AGG_REF_RER = new ThreadLocal<>();
private static final ThreadLocal<OpenAlibabaSearchResponse> TL_ORDER_DETAIL = new ThreadLocal<>();

// get/set 只流一个参考
public static void setAggRefRer(AggAlibabaRerQueryResponse aggRefRer) {
TL_AGG_REF_RER.set(aggRefRer);
}

public static FlightRefRerQueryResponse getFlightRefRer() {
    return TL_FLIGHT_REF_RER.get();
}


/**
 * 用于清空threadlocal，否则会有内存泄漏
 */
 public static void clear() {
    TL_AGG_REF_RER.remove();
    TL_ORDER_DETAIL.remove();
}

二、使用ThreadPoolExecutor的钩子方法

可以扩展ThreadPoolExecutor并覆盖其beforeExecute和afterExecute方法，以便在任务执行前后进行清理操作。

java 复制代码 
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class CleaningThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
    public CleaningThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, LinkedBlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
    }

    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
        super.beforeExecute(t, r);
        // 清理之前的ThreadLocal变量
        ThreadLocalHolder.clear();
    }

    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);
        // 清理当前的ThreadLocal变量
        ThreadLocalHolder.clear();
    }
}

三、使用装饰器模式包装Runnable和Callable

可以创建一个装饰器，包装Runnable和Callable任务，在任务执行前后进行清理操作。

java 复制代码 
import java.util.concurrent.Callable;

public class CleaningRunnable implements Runnable {
    private final Runnable task;

    public CleaningRunnable(Runnable task) {
        this.task = task;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            task.run();
        } finally {
            // 清理ThreadLocal变量
            ThreadLocalHolder.clear();
        }
    }
}

public class CleaningCallable<V> implements Callable<V> {
    private final Callable<V> task;

    public CleaningCallable(Callable<V> task) {
        this.task = task;
    }

    @Override
    public V call() throws Exception {
        try {
            return task.call();
        } finally {
            // 清理ThreadLocal变量
            ThreadLocalHolder.clear();
        }
    }
}

四、使用ThreadLocal的子类

可以创建一个ThreadLocal的子类，并在任务完成后自动清理变量。可以通过覆盖initialValue方法来实现：finalize 出发的时机是在gc的时候，但是finalize方法在现代Java开发中并不推荐使用，因为它的执行时间和执行顺序是不确定的。

java 复制代码 
public class AutoCleanupThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        this.remove();
        super.finalize();
    }
}

五、TheadLocal 实际使用案例

将整个流程中需要用到的接口数据都存储起来，这个流程中调用链路比较深，同时也存在并发的操作，可以使用ThreadLocal

java 复制代码 
public class ThreadLocalHolder {
private static final ThreadLocal<AggAlibabaRerQueryResponse> TL_AGG_REF_RER = new ThreadLocal<>();
private static final ThreadLocal<OpenAlibabaSearchResponse> TL_ORDER_DETAIL = new ThreadLocal<>();
private static final ThreadLocal<FlightAlibabaResponse> TL_FLIGHT_REF_RER = new ThreadLocal<>();
private static final ThreadLocal<XOrderAlibabaInfo> TL_X_ORDER_DETAIL = new ThreadLocal<>();
private static final ThreadLocal<FlightAlibabaResponseBodyType> TL_DOM_FLIGHT_SEARCH_RESULT = new ThreadLocal<>();
private static final ThreadLocal<ResponseAlibabaType> TL_RESCHEDULE_FLIGHT_SEARCH_RESULT = new ThreadLocal<>();

// get/set 只流一个参考
public static void setAggRefRer(AggAlibabaRerQueryResponse aggRefRer) {
TL_AGG_REF_RER.set(aggRefRer);
}

public static FlightRefRerQueryResponse getFlightRefRer() {
    return TL_FLIGHT_REF_RER.get();
}


/**
 * 用于清空threadlocal，否则会有内存泄漏
 */
 public static void clear() {
    TL_AGG_REF_RER.remove();
    TL_ORDER_DETAIL.remove();
    TL_FLIGHT_REF_RER.remove();
    TL_X_ORDER_DETAIL.remove();
    TL_DOM_FLIGHT_SEARCH_RESULT.remove();
    TL_RESCHEDULE_FLIGHT_SEARCH_RESULT.remove();
}

六、基础支持补充 ----- ThreadLocal 的实现原理

下面是ThreadLocal的类图结构，从图中可知：Thread类中有两个变量threadLocals和inheritableThreadLocals，二者都是ThreadLocal内部类ThreadLocalMap类型的变量，我们通过查看内部类ThreadLocalMap可以发现实际上它类似于一个HashMap。在默认情况下，每个线程中的这两个变量都为null。

java 复制代码 
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;

只有当线程第一次调用ThreadLocal的set或者get方法的时候才会创建他们（后面我们会查看这两个方法的源码）。除此之外，每个线程的本地变量不是存放在ThreadLocal实例中，而是放在调用线程的ThreadLocals变量里面（前面也说过，该变量是Thread类的变量）。也就是说，ThreadLocal类型的本地变量是存放在具体的线程空间上，相当于一个装载本地变量的工具壳，通过set方法将value添加到调用线程的threadLocals中，当调用线程调用get方法时候能够从它的threadLocals中取出变量。如果调用线程一直不终止，那么这个本地变量将会一直存放在他的threadLocals中，所以不使用本地变量的时候需要调用remove方法将threadLocals中删除不用的本地变量。下面我们通过查看ThreadLocal的set、get以及remove方法来查看ThreadLocal具体实怎样工作的。

【1】set方法源码

java 复制代码 
public void set(T value) {
    //(1)获取当前线程（调用者线程）
    Thread t = Thread.currentThread();
    //(2)以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的map
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //(3)如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前线程，值为添加的本地变量值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //(4)如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map
    else
        createMap(t, value);
}

在上面的代码中，(2)处调用getMap方法获得当前线程对应的threadLocals(参照上面的图示和文字说明)，该方法代码如下：

java 复制代码 
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
   return t.threadLocals; //获取线程自己的变量threadLocals，并绑定到当前调用线程的成员变量threadLocals上
}

如果调用getMap方法返回值不为null，就直接将value值设置到threadLocals中（key为当前线程引用，值为本地变量）；如果getMap方法返回null说明是第一次调用set方法（前面说到过，threadLocals默认值为null，只有调用set方法的时候才会创建map），这个时候就需要调用createMap方法创建 threadLocals，该方法如下所示：createMap方法不仅创建了threadLocals，同时也将要添加的本地变量值添加到了threadLocals中。

java 复制代码 
void createMap(Thread t, T firstValue) {
   t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

【2】get方法源码： 在get方法的实现中，首先获取当前调用者线程，如果当前线程的threadLocals不为null，就直接返回当前线程绑定的本地变量值，否则执行setInitialValue方法初始化threadLocals变量。在setInitialValue方法中，类似于set方法的实现，都是判断当前线程的threadLocals变量是否为null，是则添加本地变量（这个时候由于是初始化，所以添加的值为null），否则创建threadLocals变量，同样添加的值为null。

java 复制代码 
public T get() {
    //(1)获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //(2)获取当前线程的threadLocals变量
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //(3)如果threadLocals变量不为null，就可以在map中查找到本地变量的值
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    //(4)执行到此处，threadLocals为null，调用该更改初始化当前线程的threadLocals变量
    return setInitialValue();
}

private T setInitialValue() {
    //protected T initialValue() {return null;}
    T value = initialValue();
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的map
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前线程，值为添加的本地变量值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map
    else
        createMap(t, value);
    return value;
}

【3】remove方法的实现： remove方法判断当前线程对应的threadLocals变量是否为null，不为null就直接删除当前线程中指定的threadLocals变量。

java 复制代码 
public void remove() {
    //获取当前线程绑定的threadLocals
     ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
     //如果map不为null，就移除当前线程中指定ThreadLocal实例的本地变量
     if (m != null)
         m.remove(this);
}

private void remove(ThreadLocal<?> key) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    for (Entry e = tab[i];
            e != null;
            e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        if (e.refersTo(key)) {
            e.clear();
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        }
    }
}

【4】如下图所示： 每个线程内部有一个名为threadLocals的成员变量，该变量的类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap类型（类似于一个HashMap），其中的key为当前定义的ThreadLocal变量的this引用，value为我们使用set方法设置的值。每个线程的本地变量存放在自己的本地内存变量threadLocals中，如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量就会一直存在（可能会导致内存溢出），因此使用完毕需要将其remove掉。

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