ThreadLocal源码解析

Posted 2022-12-14 miaomiaoLoveCode

引言

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ThreadLocal，线程变量，线程可以将本次线程内经常使用的变量存储到ThreadLocal中，方便本次线程内其他的操作使用。

注：特别需要注意的是，有些博客说ThreadLocal可以保证线程安全，这是错误的认识，ThreadLocal存储的只是每一个线程的本地变量，并未涉及到临界区，不能保证线程安全。在使用的时候一定要注意使用场景，ThreadLocal存储的应该是每个线程内部共享的一些数据，而非临界区数据。

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ThreadLocal源码解析

用过ThreadLocal的程序员们可能都知道，ThreadLocal最常用的三个方法无非就是get()，set(T value)和remove()，本文就这三个常用的方法来分析ThreadLocal的相关源码。

• ThreadLocalMap

在分析具体操作源码之前，先看看ThreadLocal底层的存储结构ThreadLocalLocalMap吧，这里着重讲解它的get/set/remove操作，关于其他部分的源码，有兴趣的读者可以自行阅读。

get操作

private Entry getEntry(ThreadLocal key) 
    //找到key在hashEntry中的位置
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    Entry e = table[i];
    //找到的值是当前查询的key的值，返回
    if (e != null && e.get() == key)
        return e;
    else
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);

从上面的源码可以看出，假如直接hash找到了对应的slot，返回即可，假若没找到呢。。。没找到执行下面的操作：

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) 
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    //在table里查询，如若找到待查询entry，返回该entry
    while (e != null) 
        ThreadLocal k = e.get();
        //entry的key为待查询key
        if (k == key)
            return e;
        //entry的key为null时，表明当前的entry并不是最新的，需要做相关的操作删除掉非最新的entry
        if (k == null)
            expungeStaleEntry(i);
        else
            //i++，i == len 时 i = 0
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    
    return null;

set操作

//set操作，key为当前ThreadLocal对象，value为对应的变量值
private void set(ThreadLocal key, Object value) 
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    //hash出当前key所在slot
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

    //处理tab[i] != null
    for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) 
        ThreadLocal k = e.get();

        //key存在，覆盖value
        if (k == key) 
            e.value = value;
            return;
        
        //key不存在，需要在table对应位置插入entry
        if (k == null) 
            replaceStaleEntry(key, value, i);
            return;
        
    

    //tab[i] == null，直接做插入
    tab[i] = new Entry(key, value);
    int sz = ++size;
    //sz >= len * loadFactor(loadFactor = 2/3)需要resize
    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
        rehash();

remove操作

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)]) 
        //找到对应的entry
        if (e.get() == key) 
            //clear entry
            e.clear();
           //删掉该entry
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        
    

ThreadLocalMap的相关重要操作到这里就分析完毕，ThreadLocal的相关操作都是在ThreadLocalMap操作基础上封装的。

• ThreadLocal.get()

public T get() 
    Thread t = Thread.currentThread();
    //获取当前线程的threadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) 
        //entry不为null，返回对应的value
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null)
            return (T)e.value;
    
    //否则，返回null
    return setInitialValue();

• ThreadLocal.set(T value)

public void set(T value) 
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //当前线程的threadLocalMap已创建，直接往map中set值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //当前线程的threadLocalMap未创建，需要先创建再set
    else
        createMap(t, value);

• ThreadLocal.remove()

public void remove() 
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
    if (m != null)
        m.remove(this);

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后记

到这里为止，ThreadLocal的相关源码分析就结束了。在最后还需要讲讲之前我在使用ThreadLocal遇到的坑。

在业务线工作的时候，发现很多时候都有线程内共享变量的需求，ThreadLocal最适合这个场景，但是在使用ThreadLocal的时候，总是忘记remove，终于出现了一次巨大的故障。。。ThreadLocal和ThreadPoolExcutor一起使用时，出现了内存泄漏，在那一刹那，机器内存使用率蹭蹭往上涨，排查了很久，才发现是ThreadLocal忘记remove了，为什么ThreadLocal不remove会造成内存泄漏呢？

ThreadLocal导致的内存泄漏

之前查过很多资料，都是ThreadLocal不remove不会导致内存泄漏，但是事实却不是如此，血一般的教训啊。

每个Thread都有一个ThreadLocalMap，虽说它是弱引用，但是弱引用仅仅都是针对key，每个key都弱引用指向ThreadLocal。当把ThreadLocal实例置为null的时候，没有任何的强引用指向ThreadLocal实例，ThreadLocal将会被gc回收，但是，value却不能被回收，因为存在一条从当前线程连接过来的强引用，只有当前
thread结束以后，thread，map，value将会全部被gc回收。

针对这个问题，ThreadLocal为了减少内存泄漏的机会，在get/set的时候都会检查ThreadLocalMap中是否有key == null的value，会把这部分value删除掉。程序员们可能这时候有这个疑惑，既然都这么做来避免了，为什么会出现内存泄漏啊？但是，大家就没想过么，假若线程不被销毁，它的ThreadLocal的get/set也一直未被使用，这不就出现了实际意义上的内存泄漏么？刚好线程池里的一部分核心线程是不会被销毁的，假若出现这种情况是一定会出现内存泄漏的！！！所以，在使用ThreadLocal结束之后一定不要忘记remove！！！