详解ThreadLocal原理及内存泄漏

Posted 2021-09-27 Mulavar

1. ThreadLocal作用

ThreadLocal的作用是使得每个线程都能拥有各自独立的对象副本，假设多个线程拥有同一个实例，ThreadLocal<T>类型的变量在每个线程中都有一个副本，从而为变量提供了线程间隔离的作用。

2. ThreadLocal实例

public class ThreadLocalDemo implements Runnable{
    private static ThreadLocal<People> local = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadLocalDemo localDemo = new ThreadLocalDemo();
        Thread thread1 = new Thread(localDemo);
        thread1.start();

          Thread.sleep(1000);
      
        Thread thread2 = new Thread(localDemo);
        thread2.start();
    }

    @Override
    public void run() {
        People people = local.get();
        if (people==null) {
            people = new People();
            people.setName("djh");
            people.setAge(new Random().nextInt());
            local.set(people);
        }
        System.out.println(people);
    }
}

public class People {
    String name;
    int age;

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

}

在该例子中，thread1和thread2拥有同一个对象localDemo，如果不使用ThreadLocal包装，则两个线程访问的people应该是同一个。而在我们使用ThreadLocal包装后，运行结果如下：

bean.People@6fb35e7d
bean.People@614b201a

两者访问的people是不一样的两个对象，而这就是ThreadLocal的作用，提供了变量线程间的隔离能力。

3. 源码解析

查看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);
}

1. 先获取当前线程；
2. 获取当前线程的threadLocals变量（是一个ThreadLocalMap类型的Map）；
3. 如果map不为空，为这个map插入<当前ThreadLocal对象，值>的键值对；
4. 如果该map为空，则创建一个一个ThreadLocalMap对象，t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue)

由于每个线程都有各自的threadLocals，所以多个线程运行时经过第二步拿到的map是不一样的，这样就实现了线程间隔离。

4. ThreadLocal的内存泄漏问题

由第3节可以得知，数据实际存在每个线程的threadLocals成员（即一个ThreadLocalMap对象）里，ThreadLocalMap和普通的map一样使用Entry数组存储数据，这个Entry特殊的地方在于，它继承了弱引用，即该Entry的key是一个ThreadLocal对象的弱引用。

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

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

弱引用的特点是，如果某个对象只被弱引用关联，在下一次GC时该对象就会被回收。此时某个ThreadLocal类型变量使用完被我们置为null，此时Entry中关联的Key会变成null，但Value由于是强引用，且运行的线程指向他，因此Value部分发生了内存泄漏。

线程执行完毕被回收时Value会随之回收，但当我们使用线程池时，由于线程会复用，因此Value会一直存在，这就发生了更为严重的内存泄漏。

5. 参考资料

1. 正确理解Thread Local的原理与适用场景
2. ThreadLocal 内存泄漏问题深入分析