ThreadLoad如何防止内存溢出

优质博文：IT-BLOG-CN

从 ThreadLocalMap看 ThreadLocal使用不当的内存泄漏问题

【1】基础概念 ： 首先我们先看看ThreadLocalMap的类图，我们知道 ThreadLocal只是一个工具类，他为用户提供get、set、remove接口操作实际存放本地变量的threadLocals（调用线程的成员变量），也知道 threadLocals是一个ThreadLocalMap类型的变量，下面我们来看看ThreadLocalMap这个类。在此之前，我们回忆一下Java中的四种引用类型链接

【2】分析ThreadLocalMap内部实现： 我们知道ThreadLocalMap内部实际上是一个Entry数组private Entry[] table，我们先看看Entry的这个内部类

/**
 * 是继承自WeakReference的一个类，该类中实际存放的key是指向ThreadLocal的弱引用和与之对应的value值(该value值
 * 就是通过ThreadLocal的set方法传递过来的值)由于是弱引用，当get方法返回null的时候意味着回收引用
 */
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** value就是和ThreadLocal绑定的 */
    Object value;

    //k：ThreadLocal的引用，被传递给WeakReference的构造方法
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}
//WeakReference构造方法(public class WeakReference<T> extends Reference<T> )
public WeakReference(T referent) {
    super(referent); //referent：ThreadLocal的引用
}

//Reference构造方法
Reference(T referent) {
    this(referent, null);//referent：ThreadLocal的引用
}

Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
    this.referent = referent;
    this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

在上面的代码中，我们可以看出，当前ThreadLocal的引用k被传递给WeakReference的构造函数，所以ThreadLocalMap中的key为ThreadLocal的弱引用。当一个线程调用ThreadLocal的set方法设置变量的时候，当前线程的 ThreadLocalMap就会存放一个记录，这个记录的key值为ThreadLocal的弱引用，value就是通过set设置的值。如果当前线程一直存在且没有调用该ThreadLocal的remove方法，如果这个时候别的地方还有对ThreadLocal的引用，那么当前线程中的ThreadLocalMap中会存在对ThreadLocal变量的引用和 value对象的引用，是不会释放的，就会造成内存泄漏。

考虑这个ThreadLocal变量没有其他强依赖，如果当前线程还存在，由于线程的ThreadLocalMap里面的key是弱引用，所以当前线程的ThreadLocalMap里面的ThreadLocal变量的弱引用在gc的时候就被回收，但是对应的value还是存在的这就可能造成内存泄漏(因为这个时候 ThreadLocalMap会存在key为 null但是value不为null的entry项 )。

ThreadLocalMap中的Entry的key使用的是ThreadLocal对象的弱引用，在没有其他地方对ThreadLocal依赖，ThreadLocalMap中的ThreadLocal对象就会被回收掉，但是对应的value不会被回收，这个时候Map中就可能存在key为null但是value不为null的项，这需要实际使用的时候使用完毕及时调用 remove方法避免内存泄漏。

如果使用线程池，由于线程可能并不是真正的关闭（比如newFixedThreadPool会保持线程一只存活）。因此，如果将一些大对象存放到ThreadLocalMap中，可能会造成内存泄漏。因为线程没有关闭，无法回收，但是这些对象不会再被使用了。如果希望及时回收对象，则可以使用Thread.remove()方法将变量移除。

ThreadLocal<Object> threadLocal = new ThreadLocal<>();
// 存储数据
threadLocal.set(someData);
// 使用完毕后清除
threadLocal.remove();
1
2
3
4
5

我们再看下ThreadLocal底层的源码：

public T get() { 
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();  
    //获取当前线程的ThreadLocalMap变量
    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 set(T value) {  
    Thread t = Thread.currentThread();  
    ThreadLocalMap map = getMap(t);  
    if (map != null)  
        map.set(this, value);  
    else  
        createMap(t, value);  
}

public void remove() {  
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());  
    if (m != null)  
        m.remove(this);  
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

remove()方法逻辑比较简单，首先获取当前线程的ThreadLocalMap对象，然后循环遍历key，将目标key以及对应的value都设置为null。

private void remove(ThreadLocal<?> key) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    // 循环遍历目标key，然后将key和value都设置为null
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        if (e.get() == key) {
            e.clear();
            // 清理value值
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

使用try-with-resources或try-finally块：如果你的ThreadLocal变量在需要清理的资源管理上下文中使用，可以使用try-with-resources（自动清理）或try-finally（手动清理）块来确保及时清理。

try (ThreadLocalResource resource = new ThreadLocalResource()) {
    // 使用 ThreadLocalResource
}
// 或者使用 try-finally
ThreadLocalResource resource = new ThreadLocalResource();
try {
    // 使用 ThreadLocalResource
} finally {
    resource.close(); // 在 close 方法中清理 ThreadLocal 变量
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

使用InheritableThreadLocal：如果需要在子线程中访问父线程的ThreadLocal变量，并且确保在子线程中正确清理，可以考虑使用InheritableThreadLocal。这个类允许子线程继承父线程的ThreadLocal变量，并在子线程完成后自动清理。

ThreadLocal<String> threadLocal = new InheritableThreadLocal<>();
threadLocal.set("Hello, Parent Thread");
Runnable childTask = () -> {
    String value = threadLocal.get(); // 子线程可以访问父线程的 ThreadLocal 变量
    // ...
};
Thread childThread = new Thread(childTask);
childThread.start();
1
2
3
4
5
6
7
8