一、ThreadLocal内存泄漏分析

1.1 ThreadLocal实现原理

1.1.1、set(T value)方法

查看ThreadLocal源码的 set(T value)方法，可以发现数据是存在了ThreadLocalMap的静态内部类Entry里面

其中key为使用弱引用的ThreadLocal实例，value为set传入的值。核心源代码：

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    // ThreadLocalMap跟当前线程对象绑定，是线程对象中的一个成员属性
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
      map.set(this, value);
    else
      // 第一次调用的时候，将当前线程和value往下传。
      createMap(t, value);
}
​
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    // 当前线程内部的变量 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals 设置为新建出来的对象。
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
​
static class ThreadLocalMap {
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
      
      Object value;
​
      Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
      }
    }
    ...
}

1.2 ThreadLocal 内存泄漏的原因

引用原理图如下，实心箭头表示强引用，虚线箭头表示弱引用。

1、图中所示，当前线程强引用了ThreadLocalMap，而ThreadLocal为ThreadLocalMap的弱引用Key。

2、结合1.2节知识背景，如果ThreadLocal没有被外部强引用，当系统触发GC时，会将ThreadLocal对象回收掉，会导致ThreadLocalMap的Key为null，但是value还是被当前线程强引用，只有当Thread线程退出后，value的强引用链才会断开。

3、如果线程不结束（比如使用了线程池），则引用链（Thread -> ThreadLocalMap -> Entry -> value）一直存在，永远不会被回收，从而造成内存泄漏。

1.2.1 代码演示内存泄漏

public class ThreadLocalTest {
    public static void main(String[] args) {
        //二、TheadLocal内存泄漏
        //2.1、局部代码块中创建ThreadLocal后不引用它。
        createThreadLocal();
        //2.2、让GC回收不再被强引用，只有弱引用的TheadLocal对象
        System.gc();
        //2.3、查看线程成员属性ThreadLocalMap中 存入的键值对（key为null，而value还在，出现内存泄漏问题）
        Thread thread = Thread.currentThread();
    }
​
    public static ThreadLocal<String> createThreadLocal(){
        ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
        threadLocal.set("zs");
        return threadLocal;
    }
}
​

debug运行代码，查看当前线程的ThreadLocalMap中的数据，可以发现引用的Key已经被GC回收了，造成了内存泄漏

1.3 key为什么使用弱引用

即使没有手动删除key和value，ThreadLocal在没有被引用的时候也会被回收。即ThreadLocalMap的key为null，下一次ThreadLocalMap调用set()、get()、remove()方法的时候会清除没被回收的value。

1.3.1 代码演示清除没被回收的value

package com.adolesce.server.mutithread;
​
/**
 * @author Administrator
 * @version 1.0
 * @description: TODO
 * @date 2023/7/1 9:52
 */
public class ThreadLocalTest {
    public static void main(String[] args) {
        //三、TheadLocal没被强引用后，触发System.gc()，将key回收，设为null
        //3.1、创建ThreadLocal对象
        ThreadLocal threadLocal = createThreadLocal();
        //3.2、模拟threadLocal没被引用：断点时手动将thread中ThreadLocalMap value为【zs】对应的key设为null
        Thread thread = Thread.currentThread();
        //3.3、测试get、set、remove方法将key为null的value清除
        threadLocal.get();
        //3.4、查看ThreadLocalMap中value是否为null了
        thread = Thread.currentThread();
    }
​
    public static ThreadLocal<String> createThreadLocal(){
        ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
        threadLocal.set("zs");
        return threadLocal;
    }
}

调用get方法的时候，由于map中的value对应的key为null，通过当前ThreadLocal对象去获取是获取value是获取不到Entry，于是调用初始化value的方法，清除原来的value，如get源码：

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
      ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
      if (e != null) { // 为null跳出判断
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T result = (T)e.value;
        return result;
      }
    }
    return setInitialValue(); // 调用初始化value的方法，清除原来的value
}

二、ThreadLocal的正确使用方法

1、每次使用完ThreadLocal都调用它的remove()方法清除数据。

2、将ThreadLocal变量定义成 private static，这样就一直存在ThreadLocal的强引用，也就能保证任何时候都能

通过 ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，进而清除掉 。

package com.adolesce.server.mutithread;
​
/**
 * @author Administrator
 * @version 1.0
 * @description: TODO
 * @date 2023/7/1 9:52
 */
public class ThreadLocalTest {
    private static final ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
​
    public static void main(String[] args) {
        //一、TheadLocal使用
        System.out.println("主线程开启，线程ID：" + Thread.currentThread().getId());
        //1.1、向ThreadLocalMap中存入键值对
        setData();
        //1.2、从ThreadLocal中获取数据
        getData();
        //1.3、清除(通常在拦截器的afterCompletion()方法中进行清除)
        removeData();
    }
​
    private static void setData() {
        threadLocal.set("zhangsan");
        System.out.println("在线程"+Thread.currentThread().getId()+"中向ThreadLocal中存入了姓名");
    }
​
    private static void getData() {
        String name = threadLocal.get();
        System.out.println("在线程"+Thread.currentThread().getId()+"中从ThreadLocal中取了姓名：" + name);
    }
    
    private static void removeData() {
        threadLocal.remove();
    }
}
​

三、总结

1、内存泄漏原因：我们使用ThreadLocal过程中，如果ThreadLocal对象强引用断掉后，只剩弱引用，ThreadLocal对象会被回收，此时ThreadLocal中的key会变为null，而value没有被回收，同时又由于ThreadLocalMap是Thread中的成员属性，与Thread对象的生命周期是一样长，如果当前线程一直未被销毁，又没有手动删除对应key，这样就会导致value内存泄漏。

2、使用弱引用可以多一层value回收的保障：弱引用ThreadLocal不会内存泄漏，对应的value在下一次ThreadLocalMap调用set()、get()、remove()的时候会被清除。

3、因此，ThreadLocal内存泄漏的根源是：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏，而不是因为弱引用。