ThreadLocal原理及内存泄漏分析

引用和对象的关系？？？

在开始分析ThreadLocal之前，我们先回顾一下Java中的引用，只有理解了引用，才可以深入理解TheadLocal的实现原理。

下面这段代码中的第一行，obj就是对象的引用，而new Object() 将会在堆内存中产生了一个对象，obj这个引用指向了堆内存的实际对象，之后我们便可以在程序中通过这个引用来操作对象了

 Object obj  = new Object();
 obj = null;

上面第二行，当给obj赋值null时，只是表示obj这个引用不再指向堆中的object的对象，但这时对象实例依旧存在于堆中，除非被GC回收，那么在Java对象里，引用和对象有哪些关系呢？

自JDK1.2开始，Java提供了4中引用关系

• 强引用（Strong Reference）
  ( “ 一直存活着 ”；
  类似 “Object obj = new Object()” 这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的实例对象）
• 软引用（Soft Reference）
  （ “ 有一次活的机会 ”；
  软引用关联着的对象在系统将要发生内存溢出异常之前，JVM垃圾收集器将会把这些对象实例进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常）
• 弱引用（Weak Reference）
  （ “回收就会死亡 ”；
  被弱引用关联的对象实例只能生存到下一次垃圾收集发生之前，当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的实例对象）
• 虚引用（Phantom Reference）
  （ “ 随时可能被回收 ”
  也成为了幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系，一个对象实例是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来获取一个对象实例，为一个对象设置虚引用的唯一目的，就是能在这个实例对象被垃圾回收时，收到一个系统通知）
  这4种引用关系、强度由强到弱

ThreadLocal的实现原理

了解了Java的4中引用关系，接下来我们聊一聊ThreadLocal的实现原理
当使用TreadLocal维护变量的时候，该变量存储在线程本地，其他线程无法访问，做到了线程间隔离，也就没有线程安全问题了

接下来，我们来对TreadLocal进行详细分析下，首先，我们先来看ThreadLocal中数据是怎么存储的，以及一些引用关系

每一个Thread中，都会有一个ThreadLocalMap对象
ThreadLocalMap中有一个Entry数组
一个Entry对象中又包含一个key一个value，key就是ThreadLocal的对象实例，注意，这里对ThreadLocal对象的引用是弱引用，value就是通过java.lang.ThreadLocal#set方法实际写入的值，程序允许时，栈中会存储对Thread和ThreadLocal的引用

接下来分析一下ThreadLocal的源码

public class Thread implements Runable{

  ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
  
}

前面讲到ThreadLocalMap实际存储的在Thread对象中，每个Thread对象都有自己独有的ThreadLocalMap实例

我们再来看一下ThreadLocalMap中的重要属性

public class ThreadLocal {
    // 1
    static class ThreadLocalMap {

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

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

        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;                   //2


        private Entry[] table;                                         	  //3

        private int size = 0;               							  //4

        private int threshold;               							  //5

        ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            size = 1;
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }
    }
    
}

• 注释1的地方，ThreadLocalMap中存储的值，实际就存储在Entry对象中，Entry是一个内部静态类，它继承了WeakReference>，Entry对象的key是ThreadLocal对象的弱引用，value是实际存储的值
• 注释2-5，INITIAL_CAPACITY是初始化容量，它必须是2的整数次幂；
  table，一个Map中可以保存多少个ThreadLocal对象，这些对象存储在table数组中
  size，ThreadLcoalMap中总共存储了多少个ThreadLcoal对象
  threshold，下次扩容时应该扩容到多大

讲到这里，ThreadLcoal数据存储结构的源码就分析完了，接下来，我将通过分析set方法的源码带你来看一下数据存储到ThreadLcoal的过程

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread(); 				 //1
        ThreadLocalMap map = getMap(t); 				 //2
        if (map != null){
           map.set(this, value); 				         //3
        } else{
            createMap(t, value); 				         //4
         }
    }
    
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals; 				   //a
}

void createMap(Thread t, T firstValue) {
     t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); 			//b
}

上面代码中

• 注释1，通过Thread。currentThread()来获取当前线程
• 注释2，获取当前线程的ThreadLocalMap对象，getMap方法是返回t.threadLocals，这个threadLocals是Thread对象中的属性
• 注释3，如果ThreadLocalMap不为空，则将对象值value设置到ThreadLocalMap 中，注意这里的this指的是ThreadLcoal对象
• 注释4，如果ThreadLocalMap为空，则说明当前线程是首次设置ThreadLcoal的值，需要以当前ThreadLcoal对象作为key来创建ThreadLocalMap，并且将threadLocals这个引用指向新闯将的ThreadLocalMap对象

内存泄露

threadLocal的原理就介绍完了，接下来，就是我们在工作中使用threadLocal最常见的问题，即“内存泄露”，同事，也是面试中面试官经常问到的问题，现在我们就来分析一下内存泄露的原因及解决办法。需要强调的是，ThreadLocal本身不存储值，它只是作为一个key，来让线程从ThreadLocalMap中获取value，ThreadLocalMap是使用ThreadLcoal的弱引用作为key的。
一个对象如果只剩下弱引用，则该对象在GC时就会被回收，ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key时，如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，比如手动将ThreadLocal A这个对象赋值为null，那么系统GC的时候，这个ThreadLocal A势必会被回收，这样一来ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，Java程序没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当线程迟迟不结束的话，比如使用了线程池，或者线程还在执行其他耗时任务，那么这些可以为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链。
Thread Ref引用Thead，Thead又引用ThreadLocalMap，ThreadLocalMap又引用了Entry，Entry对象又引用了value，这个map的key已经是null，这个value则永远无法回收，但是由于上述强引用链的存在，造成了内存泄露，只有当前thread结束以后，Thread Ref就不存在于栈中，强引用断开Thread对象，ThreadLocalMap对象，Entry数组，Entry对象，还有实际使用到的Object C对象，都将全部被GC回收

避免内存泄露最好的做法

• 主动调用ThreadLocal对象的remove方法，将ThreadLocal对象中的值删除，实际上ThreadLocalMap设计中已经考虑了这种情况，也加上了一些防护措施，在调用ThreadLocal的get()、set()方法操作数据的时候，会清除当前线程的ThreadLocalMap里可以为null的value。如果ThreadLocal对象的强引用被删除后，线程长时间存货，有没有再对该线程的ThreadLocal对象进行操作，也就是没有调用get()、set()方法，那么依然会存在内存泄露。所以，使用ThreadLocal的时候，务必主动调用ThreadLocal对象的remove方法，将设置线程本地变量的