面试|再次讲解Threadlocal使用及其内存溢出
面试|再次讲解Threadlocal使用及其内存溢出
浪尖整理本文主要是想帮助大家完全消化面试中常见的ThreadLocal问题。希望读懂此文以后大家可以掌握(没耐心的可以直接阅读底部总结)：
- 简单介绍原理
- ThreadLocal使用案例场景
- Threadlocal的底层原理
- Threadlocal内存溢出原因
- 解决方法
1. 简介
高并发处理起来比较麻烦，很多新手对此都会非常头疼。要知道避免并发的最简单办法就是线程封闭，也即是把对象封装到一个线程里，那么对象就只会被当前线程能看到，使得对象就算不是线程安全的也不会出现任何安全问题。Threadlocal是实现该策略的最好的方法。Threadlocal为每个线程提供了一个私有变量，然后线程访问该变量（get或者set）的时候实际上是读写的自己的局部变量从而避免了并发法问题。
2. 案例使用
首先定义一个ThreadLocal的封装工具类
package bigdata.spark.study.ThreadLocalTest;
public class Bank { ThreadLocal<Integer> t = new ThreadLocal<Integer>(){ @Override protected Integer initialValue() { return 100; } };
public int get(){ return t.get(); }
public void set(){ t.set(t.get()+10); }}实现一个Runnable对象然后使用bank对象
package bigdata.spark.study.ThreadLocalTest;
public class Transfer implements Runnable {
Bank bank;
public Transfer(Bank bank) { this.bank = bank;
}
@Override public void run() { for (int i =0 ;i < 10;i++){ bank.set(); System.out.println(Thread.currentThread()+" : " +bank.get()); } }}定义两个线程t1和t2，运行之后查看结果：
package bigdata.spark.study.ThreadLocalTest;
public class Test {
public static void main(String[] args) { Bank bank = new Bank();
Transfer t = new Transfer(bank); Thread t1 = new Thread(t);
t1.start(); Thread t2 = new Thread(t); t2.start();
try { t1.join(); t2.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(bank.get());
}}查看输出结果就会发现，发现主线程，线程t1，线程t2之间相互不影响～
Thread[Thread-0,5,main] : 110Thread[Thread-0,5,main] : 120Thread[Thread-0,5,main] : 130Thread[Thread-0,5,main] : 140Thread[Thread-0,5,main] : 150Thread[Thread-0,5,main] : 160Thread[Thread-0,5,main] : 170Thread[Thread-0,5,main] : 180Thread[Thread-0,5,main] : 190Thread[Thread-0,5,main] : 200Thread[Thread-1,5,main] : 110Thread[Thread-1,5,main] : 120Thread[Thread-1,5,main] : 130Thread[Thread-1,5,main] : 140Thread[Thread-1,5,main] : 150Thread[Thread-1,5,main] : 160Thread[Thread-1,5,main] : 170Thread[Thread-1,5,main] : 180Thread[Thread-1,5,main] : 190Thread[Thread-1,5,main] : 2001003. 底层源码
每个线程Thread内部都会有ThreadLocal.ThreadLocalMap对象，该对象是一个自定义的map，key是弱引用包装的ThreadLocal类型，value就是我们的值。
初始值
Threadlocal直接在构造的时候设置初始值。主要是要实现其initialValue方法：
new ThreadLocal<Integer>(){ @Override protected IntegerinitialValue() { return 100; }};追踪一下该方法，会发现其仅仅被一个私有方法调用了
private T setInitialValue() { T value = initialValue(); Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); return value;}解读一下setInitialValue私有方法
- 首先调用initialVaule方法，获取初始值。
- 然后获取当前线程对象的引用。
- 通过线程对象引用获取ThreadLocal.ThreadLocalMap对象 map。
- map对象不为空，就将当前threadlocal弱引用作为key，初始值为value完成初始化。
- Map对象为空，调用createMap方法，并完成初始化。 void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }
读到这可能会很好奇，为啥只是被私有方法调用，我们又无权调用该私有方法，如何实现初始化呢？也是很简单的在我们第一次调用get的时候，会调用该私有初始化方法，来真正完成初始化。
Get方法
具体代码如下：
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();
}我们来解读一下get方法，此处就真正暴露ThreadLocal的真实面目了。
- 获取当前线程对象，t
- 通过getMap(t)方法来获取t内部的ThreadLocal.ThreadLocalMap对象。
- 然后判断ThreadLocalMap对象是否为空，不为空就可以通过当前Threadlocal对象获取对应的value值，存在返回，不存在跳过。
- 假如map为空或者当前threadlocal对象对应的value为空，那么就调用初始化方法setInitialValue初始化并返回初始值。
Set
接下来解读一下threadlocal变量的set方法。Set的方法源码如下：
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}1. 获取当前线程对象 t
2. 通过getMap(t)方法来获取t内部的ThreadLocal.ThreadLocalMap对象 map。
3. map不为空，当前threadlocal对象作为key（弱引用），要设置的value作为value完成值的设置。
4. 假如map为空，就调用createMap方法，给当前线程创建一个ThreadlocalMap
void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}remove方法
threadlocal的remove方法主要作用是删除当前threadlocal对应的键值对。
public void remove() { ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); if (m != null) m.remove(this);}4. 内存泄漏
根据前面对threadlocal的整理，其实可以画出来一个结构图：
对value的引用线路有两条：
- threadlocalref 是ThreadLocal强引用，key是ThreadLocal变量的弱引用。由于key是弱引用，当ThreadLocalRef因不用而释放掉的时候，ThreadLocal对象就会被回收，由于是key到threadLocal对象为弱引用，一旦进行垃圾回收key就会被回收而相应位置变为null，当然value依然存在。
- 通过当前线程的引用可以获取当前线程对象，当前线程对象就可以获取到ThreadLocalMap，那么只要当前线程一直存在，ThreadLocalMap对象就会一直存在。
由于ThreadlocalMap存活时间和线程一样，比如我们采用的是常驻线程池，使用线程过程中没有清空ThreadLocalMap，也没有调用threadlocal的remove方法，就将线程放回线程池，虽然ThreadLocal的强引用ThreadLocalRef被清除，弱引用key在GC的时候也会被设置为null，但是对于value值还存在一条强引用链条：
currentThreadRef->currentThread->ThreadLocalMap->Entry(value)所以value并没有释放，就造成了内存泄漏了。
那这时候你或许会问为啥ThreadLocalMap存储value的时候不采用弱引用呢？这样不就可以避免内存泄漏了么？value是弱引用是不行的，原因很简单：我们存储的对象除了ThreadLocalMap的Value就没有其他的引用了，value一但是对象的弱引用，GC的时候被回收，对象就无法访问了，这显然不是我们想要的。
5. 避免内存泄漏
为避免内存泄漏最好在使用完ThreadLocal之后调用其remove方法，将数据清除掉。
当然，对于Java8 ThreadLocalMap 的 set 方法通过调用 replaceStaleEntry 方法回收键为 null 的 Entry 对象的值（即为具体实例）以及 Entry 对象本身从而防止内存泄漏
get方法会间接调用expungeStaleEntry 方法将键和值为 null 的 Entry 设置为 null 从而使得该 Entry 可被回收