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Java - ThreadLocal详细讲解

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夹胡碰
发布2021-03-27 17:37:18
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发布2021-03-27 17:37:18
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文章被收录于专栏:程序猿~程序猿~

ThreadLocal常用来做线程隔离,下面将对ThreadLocal的实现原理、设计理念、内部实现细节(Map、弱引用)、还有ThreadLocal存在的内存泄露问题进行讲解。

1. 内部结构图

  • 内部结构

  • 引用逻辑图(虚线表示弱引用)

2. 原理概述

每个Thread里面维护了一个ThreadLocal.ThreadLocalMap变量,底层存储结构为Entry[],ThreadLocal实例作为Map的key,set/get的值为Map的value,其中,key的引用为弱引用。当执行ThreadLocal.set时,实际是将ThreadLocal对象和值通过key-value的形式放进了Thread中的ThreadLocal.ThreadLocalMap中,完成了线程隔离存储,保证了线程安全。当线程持有多个ThreadLocal的操作时,会在Map中通过key进行寻找。

3. 实现细节

1. 为什么将Map放在每一个Thread里

应为如果将Map放在ThreadLocal中进行维护,即使使用ConcurrentHashMap减少并发竞争,但在形式上还是存在线程间的竞争,而放在各个线程中独立维护,就十分满足线程隔离的设计理念。

2. ThreadLocal.ThreadLocalMap 与 HashMap有什么不同
  • 解决hash冲突方法不同 HashMap采用的是数组加链表的结构进行存储,当出现hash冲突时,进行链表追加。而ThreadLocal.ThreadLocalMap采用的是开放定址法,即寻找下一个没有存储数据的位置。 拓展: 解决hash冲突的方式1. 开放定址法 2. 再hash 3. 链地址法 4. 公共溢出区。
  • 扩容机制不同 当ThreadLocal.ThreadLocalMap的size大于数据1/2时,会扩容2倍。
3. 为什么Entry的key存储采用弱引用

当ThreadLocal没有引用时,ThreadLocal.ThreadLocalMap依旧存在于Thread中,而ThreadLocal对应的Entry永远不会被使用到,所以采用了弱引用,当ThreadLocal没有引用时,自动key就被GC回收。

4. 为什么Entry的value存储没有采用弱引用

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. 为什么说ThreadLocal会有内存泄露问题,怎么解决

结合3来说,key被GC自动收回了,但是value还是留再Map中,而value将永远不会被访问到,造成内存泄露。

如何解决:

  1. 在ThreadLocal不使用时,调用remove方法,将Entry从Map中移除,即可解决。
  2. 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

4. 参考

  1. Java多线程编程-(9)-ThreadLocal造成OOM内存溢出案例演示与原理分析
  2. 面试|再次讲解Threadlocal使用及其内存溢出
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  • 1. 内部结构图
  • 2. 原理概述
  • 3. 实现细节
    • 3. 为什么Entry的key存储采用弱引用
      • 4. 为什么Entry的value存储没有采用弱引用
        • 5. 为什么说ThreadLocal会有内存泄露问题,怎么解决
        • 4. 参考
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