玩碎Java之ThreadLocal的原理

ThreadLocal，我们依然从一个例子看起。

public class ThreadLocalTest2 {

    public static void main(String[] args) {
        // ①，强引用tl1
        ThreadLocal tl1 = new ThreadLocal();
        tl1.set(11);
        System.gc();
        tl1.get();
        System.gc();
        // tl1.remove();

        // ②，没有强引用
        new ThreadLocal<>().set(22);
        System.gc();

        // ③，方法里的tl
        ThreadLocalTest2 test2 = new ThreadLocalTest2();
        test2.test1();
        System.gc();

        Thread thread = Thread.currentThread();
        System.out.println(thread);
		
    }

    void test1() {
        ThreadLocal tl = new ThreadLocal<>();
        tl.set(33);
        // tl.remove();
    }
}

debug模式下，我们看下thread里ThreadLocalMap里的情况，如下图。

①因为存在强引用，所以对应的referent不为null。
②没有强引用，垃圾回收后，referent为null。
③ThreadLocal仅在test1()方法中有效，所以垃圾回收后，referent为null。

public class ThreadLocal {
	...
	static class ThreadLocalMap {
		
		static class Entry extends WeakReference> {
			
			Object value;

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

从线程到ThreadLocal.set(value)的value的引用关系就是这样的

Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value

设置线程本地变量的内容。

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

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

获取线程本地变量的value值

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();
}

• initialValue()
  设置 ThreadLocal 的初始化值，未 set(T value) 初次获取 Thread 对应的 Value 值时会调用，即被 setInitialValue 方法调用。需要重写该方法。

protected T initialValue() {
	return null;
}

移除线程本地变量。

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

ThreadLocal使用完后，一定要调用remove()！！！

不手动调用remove()方法，
1.容易发生内存泄漏。
2.线程池场景下后面的线程就有可能获取到上个线程遗留下来的value值，造成bug。

• 如果设计成强引用，即使我们使用完ThreadLocal，只要线程没有结束，线程对应的ThreadLocal就不会被回收。这个时候当ThreadLocal太多的时候就会出现内存泄漏的问题。
• 设计为弱引用后，只要没有了强引用，jvm垃圾回收时，便会将key(ThreadLocal)进行回收。
  降低内存泄漏的风险。

这里也用一个例子，来说明value为什么不是弱引用

public class TLLeakTest {
    public static void main(String[] args) {

        // ①，key和value均为WeakReference
        Map, WeakReference> map = new HashMap<>(8);
        WeakReference key = new WeakReference<>(1);
        WeakReference value = new WeakReference<>(777);
        map.put(key,value);
        System.gc();
        System.out.println("get1: " + map.get(key).get());


        // ②，key为WeakReference，value为HardReference
        Map, Integer> map2 = new HashMap<>(8);
        WeakReference key2 = new WeakReference<>(1);
        map2.put(key2, 999);
        System.gc();
        System.out.println("get2: "+ map2.get(key2));

    }
}

get1: null
get2: 999

以上结果，可以说明为什么value不能为弱引用。
如果value也为弱引用，那么得到的结果会为null。

使用完ThreadLocal，如果没有及时remove(),那么key因为是弱引用就会被回收，但value是强引用，value没被回收，导致value永远存在，value越来越多后，造成内存泄漏。