ThreadLocal内存泄漏的真正原因

Posted 2022-12-08 小猪快跑22

注意：
看这篇文章之前得对 ThreadLocal 有个大致的了解，不然看起来还是蛮吃力的。

一、内存泄漏是因为弱引用吗？

先说结果，内存泄漏的确是因为弱引用引起的，为什么呢？

先看下 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); 

createMap 如下：

void createMap(Thread t, T firstValue) 
    // t 指的是当前线程，即调用 threadLocal.set方法所在的线程
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);

可以看出ThreadLocal 的数据是存在 ThreadLocalMap，而 ThreadLocalMap 是线程Thread中的变量，所以可以做到线程的数据隔离。

ThreadLocalMap 中是以数组的形式存放数据 private Entry[] table，至于插入数据时产生的碰撞这里不作说明了，可能下一篇会说明。Entry 的数据结构如下：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> 
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) 
        super(k); // key 为 ThreadLocal的弱引用
        value = v;
    

我们把上面的引用链画下来，如下：

其中，虚线表示弱引用。

下面来说下为什么弱引用会导致内存泄漏？

一般项目中使用线程都是利用线程池，而线程池中的线程可能一直存活，这就导致了当外部不再持有 ThreadLocal的引用的时候，发生GC，导致 ThreadLocal 对象被回收了。

当 Entry 中的 key 即 ThreadLocal 对象被回收了之后，会发生 Entry 中 key 为 null 的情况，其实这个 Entry 就已经没用了，但是又无法被回收，因为有 Thread->ThreadLocalMap ->Entry 这条强引用在，这样没用的内存无法被回收就是内存泄露。

当然，如果不是线程池使用方式的话，其实不用关系内存泄漏，反正线程执行完了就都回收了，但是一般我们都是使用线程池。

但是，没关系，在作者设计 ThreadLocal 的时候已经考虑到这种情况了，所以在 ThreadLocal 的 set、get、以及扩容的时候都会清理 key = null 的数据。但是最佳实践是当不再使用的时候，手动 remove 掉，如下：

void dosth 
 threadlocal.set("1234");
 try 
  // do sth ... 
  finally 
  threadlocal.remove();
 

既然弱引用会导致内存泄漏，那为什么不用强引用呢？

同样的，如果是强引用，如果线程一直在，那么就算外部不再持有 ThreadLocal 的引用，但是会存在如下的引用链 GCRoots -> 线程对象 -> ThreadLocalMap -> Entry -> Key(ThreadLocal)，导致ThreadLocal 对象得不到回收。

看到这里，可能有人会说那线程被回收之后就好了呀。

重点来了！线程在我们应用中，常常是以线程池的方式来使用的，而线程池中的线程一般是不会被清理掉的，所以这个引用链就会一直在，那么 ThreadLocal 对象即使没有用了，也会随着线程的存在，而一直存在着！

可以通过如下的方法来看看弱引用的 ThreadLocal 是否被回收。

ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
        threadLocal.set("我是在主线程中设置的值");
        // 如果不设置为null，那么由于有强引用持有 threadLocal，那么不会被回收
        threadLocal = null; // 断开 ThreadLocal 的强引用
        System.gc(); // 主动垃圾回收

        Thread curThread = Thread.currentThread();
        Class<? extends Thread> clz = curThread.getClass();
        Field field = null;
        try 
            field = clz.getDeclaredField("threadLocals");
            field.setAccessible(true);
            Object threadLocalMap = field.get(curThread);

            Class<?> tlmClass = threadLocalMap.getClass();
            Field tableField = tlmClass.getDeclaredField("table");
            tableField.setAccessible(true);
            Object[] arr = (Object[]) tableField.get(threadLocalMap);

            for (Object o : arr) 
                if (o == null) continue;
                Class<?> entryClass = o.getClass();
                Field valueField = entryClass.getDeclaredField("value");
                Field referenceField = entryClass.getSuperclass().getSuperclass().getDeclaredField("referent");
                valueField.setAccessible(true);
                referenceField.setAccessible(true);
                System.out.println(String.format("弱引用key:%s    值:%s", referenceField.get(o), valueField.get(o)) + " , thread >> " +Thread.currentThread().getName());
            
         catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) 
            e.printStackTrace();