Java多线程——ThreadLocal介绍以及内存泄漏问题

2023-09-24 09:12:51

ThreadLocal

ThreadLocal称为线程本地变量，其为变量在每个线程中都创建了一个副本，每个线程都访问和修改本线程中变量的副本,但每个线程之间的变量是不能相互访问的，ThreadLocal不是一个Thread。

ThreadLocal 有四个方法：

ThreadLocal作用

ThreadLocal可以让线程独占资源，存储于线程内部，避免线程堵塞造成CPU吞吐下降。

使用同一个threadLocal ，但每个线程的变量是独立都，对其他线程不可见，不需要每个线程都 new 一个对象，减少了内存的开销。

ThreadLocal方法详解

public class ThreadLocalTest {

    public static void main(String[] args) {

        ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try{
                    threadLocal.set(1);
                    System.out.println(threadLocal.get());
                }finally {
                    threadLocal.remove();
                }
            }
        }, "Thread1").start();


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                threadLocal.set(2);
                System.out.println(threadLocal.get());
            }
        }, "Thread2").start();


        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(threadLocal.get());
            }
        }, "Thread3").start();
    }

}

1
2
null

可以看到，每个线程使用都是对同一个threadLocal的引用，但是线程之间的变量是不能互相访问的。

ThreadLocal如何创建副本的？（如何维护变量的）

在每个Thread中包含一个ThreadLocalMap，ThreadLocalMap的key是ThreadLocal的对象，value是独享数据。

每个Thread 维护一个 ThreadLocalMap 映射表，这个映射表的 key 是 ThreadLocal实例本身，value 是真正需要存储的 Object。

也就是说 ThreadLocal 本身并不存储值，它只是作为一个 key 来让线程从 ThreadLocalMap 获取 value。

ThreadLocal内存泄漏问题

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

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k); //继续深扒，key 是一个弱引用，以一个弱引用指向ThreadLcoal对象k
        value = v;
    }
}

ThreadLocalMap 是使用 ThreadLocal 的弱引用作为 Key 的，弱引用的对象在 GC 时会被回收。

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，那么系统 GC 的时候，这个ThreadLocal势必会被回收（为什么会被回收下面讲到），然后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，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。

以上总结就是，key为null被回收了，但是value还在，需要在set、get的时候判断才能回收。

那为什么value不能被设置成弱引用呢？

如果vaule设计为弱引用，你可能获取到的是null ，毫无意义。

为什么要使用弱引用而不是强引用？

强引用：

Object object= new Object();

强引用用的最多，无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。

object =null

对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为null，才可以当做垃圾被收集，当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

而强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一，内存空间不足时，Java虚拟机会抛出OutOfMemoryError ，使程序异常终止，但是注意，抛出错误也不会回收这些强引用的对象

弱引用：

String str = new String("123");
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
str = null;

在垃圾回收的一个周期内，jvm发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。

所以，弱引用相对强引用来说，生命周期更短。

参考四种引用：https://www.cnblogs.com/yanl55555/p/13365397.html

上个图理解一下：

看图，当主线程结束，栈帧销毁，强引用ThreadLocal没有了。再看一下红色部分，

如果是强引用，线程的ThreadLocalMap里某个entry的 k 引用还指向这个ThreadLocal对象，这样会导致k指向的ThreadLocal对象以及 v 指向的对象都不能被jvm虚拟机gc回收，造成内存泄漏。

如果是弱引用，就可以是ThreadLocal对象在执行完毕的时候被回收了，因为此时只有entry的k弱引用指向它，ThreadLocal回收后，k就指向为null了，但是v还是有值，也会有内存泄漏的风险，并不能保证不会内存泄漏。

那ThreadLocal为什么要使用弱引用而不是强引用呢？

总结就是是减少严重内存泄漏的风险。

上面提到，key为弱引用，key为null时，value不为null，导致value无法被回收，引发内存泄漏。

弱引用尚且有内存泄漏的风险，强引用更加。使用线程池的时候，自定义的线程数不规范，若使用强引用，内存泄漏的风险更高。

如何防止内存泄漏？

上面提到entry的value还会有内存泄漏的风险。

ThreadLocal有通过方法：调用get,set或remove方法时，就会尝试删除key为null的entry，可以释放value对象所占用的内存。

上面demo的正确例子应该是：

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        try{
            threadLocal.set(1);
            System.out.println(threadLocal.get());
        }finally {
            threadLocal.remove(); //用完要remove，防止内存泄漏
        }
    }
}, "Thread1").start();

remove方法核心：

 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)]) {
                if (e.get() == key) {
                    e.clear();
                    expungeStaleEntry(i); //调用消除方法
                    return;
                }
            }
        }

private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    // expunge entry at staleSlot
    tab[staleSlot].value = null;   //把vaule赋值null
    tab[staleSlot] = null; 
    size--;

还有set方法：

// If key not found, put new entry in stale slot
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

参考：

https://blog.csdn.net/qq_33404395/article/details/82356344

https://www.cnblogs.com/shen-qian/p/12108655.html

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