个人谈谈对ThreadLocal内存泄露的理解

Posted 2023-03-05 热爱编程的大忽悠

个人谈谈对ThreadLocal内存泄露的理解

• ThreadLocal作用
• ThreadLocalMap内存泄露解释
• 为什么要这样设计
• ThreadLocalMap的实现思路

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ThreadLocal作用

平时我们会使用ThreadLocal来存放当前线程的副本数据，让当前线程执行流中各个位置，都可以从ThreadLocal中获取到想要的线程副本数据，而无需通过方法参数逐级传递，减少了代码的耦合。

那么我们通过ThreadLocal设置的线程副本数据具体是保存在哪里的呢？ 怎么保存的呢?

这里简单说一下: 我们其实是通过ThreadLocal对象间接操作Thread对象内部的ThreadLocalMap线程副本数据存储源的

首先，基于OOP思想，Thread类应该聚合了当前线程相关信息，如: 线程ID，线程名,线程副本数据存储源等 。

为什么不直接通过Thread对象暴露出接口来访问内部的ThreadLocalMap，而采用ThreadLocal进行间接访问，这其实是遵循了"最小知道原则",即: 如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

因为我们只是想设置和保存数据到当前线程的存储源中，而不想知道线程对象其他细节，因此采用ThreadLocal实现这一特定功能。

扩展一点: 之所以ThreadLocal对象单独设计成一个类，而不是以静态内部类的形式出现在Thread类中，是因为这遵循了"单一职责原则"，线程副本数据并不是线程对象必须具备的属性，类设计的时候只保留本身必须的属性即可。

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ThreadLocalMap内存泄露解释

ThreadLocalMap本身是由一组Entry组成的,每个Entry具体又包含了key和value两部分,key的类型是ThreadLocal,val就是我们设置到线程的副本数据。

此处Entry的key采用的是弱引用实现的:

实际我们传入的ThreadLocal对象是被WeakReference弱引用类中的referent属性指向的，表示当前ThreadLocal被一个弱引用对象指向着:

内存泄露发生场景:

由于key为null,value依然占据内存空间，但是无法被访问到，所以就称这种情况下产生了内存泄露。

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为什么要这样设计

为什么要把ThreadLocalMap中的Entry设置成弱引用对象呢？如果设置成普通的map集合会怎么样呢？

首先，我们采用普通的map集合作为线程副本数据存储实现，那么当前我们的应用程序失去了对ThreadLocal对象的强引用时，我们就再也无法通过ThreadLocal去访问ThreadLocalMap中我们存储的线程副本数据了，那么此时就可以认为这样一对key:value键值对是垃圾，需要被回收掉。

对于普通的map实现而言，我们无法区分到底哪些ThreadLocal对象确定是应用程序不再访问的，可以被回收掉的，因此也就无法回收这些垃圾键值对占据的空间了，反而会导致某种意义上的内存泄露。

关键问题就是如何知道哪些ThreadLocal对象不会再被应用程序访问，也就是说哪些ThreadLocal对象不再被应用程序中某些变量强引用指向，这个解决办法就是将map中的key设置为弱引用类型。

当我们将map中的key设置为弱引用类型时，当应用程序不再通过强引用指向某个ThreadLocal对象时，我们便可以通过垃圾回收器感知到这一情况，因为垃圾回收器会在垃圾回收时，回收掉这些只被弱引用对象指向的ThreadLocal对象，回收后，对于key就被设置为了NULL,此时Entry不为null。

我们可以对这些key为null的键值对进行清理回收，然后重用这些空间。

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ThreadLocalMap的实现思路

此处参考下面这篇文章，来简单聊聊ThreadLocalMap的一个设计思路:

面试官：小伙子，听说你看过ThreadLocal源码？（万字图文深度解析ThreadLocal）

set过程:

1. 计算ThreadLocal对象的hashcode,然后取余数组大小，得出最终需要放置的数组索引位置
2. 如果产生hash冲突，采用线性探测法解决，不冲突判断entry是否为null,或者entry的key是否为null ，满足其一，说明该空间可以被使用。不满足，判断key是否相等，相等则进行覆盖操作。
3. 进入过期key清理过程:
   1. 首先第一步计算得出数组索引位置处开始，向前寻找到过期key首次出现的位置
   2. 从首次出现的位置开始往后执行探测式清理工作，清理过程为:
      1. 遍历到过期entry则设置entry为null
      2. 碰到未过期的entry,通过rehash进行位置重定位，如果定位的位置已经有了数据，则会将未过期的数据放到最靠近此位置的entry为null的桶中，使得rehash后的entry数据距离正确的位置更近一些，减少get时的遍历损耗。
      3. 当遇到entry为null的情况时，结束探测式清理工作。

get过程:

1. 计算ThreadLocal对象的hashcode,然后取余数组大小，得出数据存放在数组索引位置
2. 该位置的entry的key与查找的key一致，直接返回
3. 不一致则采用线性探测法往后遍历，判断哪一个entry的key和当前要查看的key是一致的
   1.这个探测过程中，如果发现了某个entry.key为null,则会进行一次探测式垃圾回收，回收完后，继续往后遍历

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