【Java】ThreadLocal解析

简介

ThreadLocal 类似局部变量，解决了单个线程维护自己线程内的变量值（存、取、删），让线程之间的数据进行隔离。（InheritableThreadLocal 特例）

这里涉及三个类，Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap

源码解析

ThreadLocal的结构图

1. Thread 中有一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap 类型的变量 threadLocals。因为ThreadLocalMap变量是跟线程绑定的，所以不存在多线程共享变量之间的并发问题，所以ThreadLocal也就是线程安全的变量。
2. ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的一个内部静态类，没有继承java.util.Map，定义了一个Entry[]变量，通过Entry的get()方法作为key，value属性作为值来实现一个类似Map的操作
3. Entry 是 ThreadLocalMap 的一个内部静态类，继承WeakReference>，并且定义了一个变量value（Object类型）
4. ThreadLocal 内部封装了getMap()、Set()、Get()、Remove()4个核心方法，用于操作ThreadLocalMap
5. 通过getMap()获取每个子线程Thread持有自己的ThreadLocalMap实例，因此它们是不存在并发竞争的
6. ThreadLocalMap中Entry[]数组存储数据，初始化长度16，大于等于3/4阈值，就进行2倍扩容。
7. ThreadLocalMap中Entry的key是对ThreadLocal的弱引用，当主线程抛弃掉ThreadLocal对象时，垃圾收集器会忽略这个key的引用而清理掉ThreadLocal对象， 防止了内存泄漏。
8. 散列算法-魔数0x61c88647，利用一定算法实现了元素的完美散列

看源码可以得出，set、get、remove操作的都是ThreadLocalMap，key为当前线程，value为线程局部变量缓存值

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

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

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

问题

不调用remove会内存溢出吗？
大部分场景下是不会的，少数场景才会。

运行时，会在栈中产生两个引用，指向堆中相应的对象。
可以看到，ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，这样一来，假设当ThreadLocal ref和ThreadLocal之间的强引用断开时，即ThreadLocal ref被置为null，下一次GC时，threadLocal对象势必会被回收。
这样，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话，比如使用线程池，线程使用完成之后会被放回线程池中，不会被销毁，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：
Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永远无法回收，造成内存泄漏。

参考资料

https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/7978455.html ThreadLocal终极源码剖析
https://liwx2000.iteye.com/blog/1774169 ThreadLocal会内存溢出吗
https://www.jianshu.com/p/cdb2ea3792b5 深入理解Java弱引用