ThreadLocal源码解析—ThreadLocalMap内核
简介
内部类 ThreadLocalMap 才是 ThreadLocal 的真正核心。
ThreadLocalMap 与 HashMap不一样，HashMap 中的数据结构有数组，链表还有红黑树；而 ThreadLocalMap 中的数据结构只有数组。HashMap 处理哈希冲突时会采用链式地址法（拉链法），也就是形成链表；ThreadLocalMap 则是使用开放地址法（线性探测法），如果在存放数据时在一个桶位上发生了冲突，则会向该桶位的后面探测是否有空位，如果到了桶位的尽头也没有空位，就会从哈希表的起始位置继续探测，如果发现还是没有空位，才会进行扩容相关的操作。
源码解析
ThreadLocalMap 内部结构
static class ThreadLocalMap {
/*
* 这里的Entry继承了弱引用(弱引用只要发生GC就要被回收)
* Entry的key(ThreadLocal)以弱引用的方式指向ThreadLocal对象。(可以避免内存泄露)
* 什么是弱引用呢？
* A a = new A(); //强引用
* WeakReference weakA = new WeakReference(a); //弱引用
*
* a = null;
* 下一次GC 时 对象a就被回收了，别管有没有 弱引用 是否在关联这个对象。
*
* key 使用的是弱引用保留，key保存的是threadLocal对象。
* value 使用的是强引用，value保存的是 threadLocal对象与当前线程相关联的 value。
*
* Entry#key 这样设计有什么好处呢？
* 当threadLocal对象失去强引用且对象GC回收后，散列表中的与 threadLocal对象相关联的 Entry#key 再次去key.get() 时，拿到的是null。
* 站在map角度就可以区分出哪些Entry是过期的，哪些Entry是非过期的。
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
// 初始化当前map内部 散列表Entry数组的初始长度 16，数组的长度必然是2的次方数
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
// threadLocalMap 内部散列表数组引用
private Entry[] table;
// Entry数组中的元素个数
private int size = 0;
/*
* 扩容阈值 初始值为 len * 2/3
* 触发后调用 rehash()方法
* rehash() 方法先做一次全局检查过期数据，把散列表中所有过期的Entry移除
* 如果移除之后 当前散列表中的Entry个数仍然达到 threshold - threshold/4 => 阈值的3/4，就进行扩容。
*/
private int threshold;
// 设置阈值为当前数组长度的2/3
private void setThreshold(int len) {
threshold = len * 2 / 3;
}
/*
* 返回当前位置的下一个位置
* @param i 当前下标
* @param len 数组长度
*/
private static int nextIndex(int i, int len) {
/*
* 当前下标+1 如果小于数组长度的话 返回+1后的值
* 如果等于数组长度的话，就返回0，从头开始
* 实际形成一个环绕式的访问。
*/
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
/*
* 返回当前位置的上一个位置
* 跟nextIndex()方法类似。
*/
private static int prevIndex(int i, int len) {
/*
* 当前下标-1 如果大于等于0 返回-1后的值
* 如果当前下标-1 == -1，则说明当前下标为起始位置0，此时 返回散列表最大下标。
* 实际形成一个环绕式的访问。
*/
return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
}
/*
* 构造方法
* 因为Thread.threadLocals字段是延迟初始化的，只有线程第一次存储 threadLocal-value 时 才会创建 threadLocalMap对象。
* firstKey：threadLocal对象
* firstValue：当前线程与threadLocal对象相关联的value。
*/
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
// 创建一个初始长度为16的Entry数组
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
// 寻址算法：key的hash值 & table.length - 1
// table数组的长度一定是 2 的次方数。
// 2的次方数-1 有什么特征呢？ 转化为2进制后都是1，16 => 1 0000 - 1 => 1111
// 1111 与任何数值进行&运算后 得到的数值 一定是 <= 1111
// i 计算出来的结果 一定是 <= B1111，也就是下标值一定是合法的。
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
// 创建一个Entry对象放到指定的位置上
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
// 数组中存放了1个元素，size设置为1
size = 1;
// 设置阈值为初始化容量(16)的2/3 = 10
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
}
再谈内部类 Entry
ThreadLocalMap 的内部类 Entry 继承了 WeakReference(弱引用)，在构造方法中调用了父类的构造器。
从构造器中可以看出 Entry 中的 key 是弱引用类型的，而 value 是强引用类型，也就是一旦发生了 gc，弱引用的对象就会被销毁。
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
为什么要将 ThreadLocalMap 的 key 设置为弱引用呢？为什么不设置为强引用呢？
这是因为外界是通过 ThreadLocal 来对 ThreadLocalMap 进行操作的，假设外界使用 ThreadLocal 的对象被置 null 了，也就表示不想再使用这个 ThreadLocal 对象了，那 ThreadLocalMap 中的 key 再设置为强引用也没什么用了，反而浪费内存，不如设置成弱引用，gc 时就直接回收掉。可以一定程度上避免内存泄漏问题。
补充：
内存泄漏是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间。而内存溢出是指程序申请内存时，没有足够的内存供申请者使用。
可以看这篇文章来复习 java 引用相关知识：Java中的引用: 强引用，软引用，弱引用，虚引用，终结器引用
当前方法弹栈后，ABC 的 3 个强引用指针都被置为 null，此时只有 Cache 对象的 3 个弱引用指针指向他们，此时发生 GC，对象 ABC 都会被回收。
ThreadLocalMap.getEntry()
// ------------ThreadLocalMap.get()-------------
// 此方法详解在 [https://blog.csdn.net/qq_46312987/article/details/121799343]
// 这里我们详细讲解 getEntry()方法。
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
// 这里调用了getEntry()方法，去threadLocalMap中查询指定的数据
// this就是当前ThreadLocal对象 作为key传入此方法
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
||
||
\/
// ------------ThreadLocalMap.getEntry()-------------
/*
* ThreadLocal对象的get()操作实际上是由ThreadLocalMap.getEntry()完成的。
* @param key：当前ThreadLocal对象
*/
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
// 寻址 获取下标
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
// 获取指定位置的Entry
Entry e = table[i];
/*
* 当前位置不为null，并且判断当前位置的key(ThreadLocal对象)与传来的key是否一致
* 注意：ThreadLocalMap与HashMap或者是ConcurrentHashMap最大的区别就是：
* 当出现hash冲突时使用的是开放寻址法(找下一个位置)而不是拉链法(在当前位置形成链表)
*/
if (e != null && e.get() == key)
return e; // 找到了则直接返回
else
// 在当前位置没找到就去后面继续找
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
ThreadLocalMap.getEntryAfterMiss()
/*
* 此方法的作用就是从当前位置向后查询，查询到指定数据返回，当查询到某一个位置的Entry为null时结束，最终返回null，
* 在查询过程中如果某一个位置的Entry不为null，但是key为null，
* 说明对应的当前Entry关联的ThreadLcoal对象已经被回收了，那么就会将当前的Entry清理掉。
* @param key ThreadLocal对象
* @param i 第一次寻址的索引位置
* @param e table第i个位置的Entry对象
*/
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// 循环向后查找
// 条件：e != null 说明 向后查找的范围是有限的，碰到 slot == null 的情况，搜索结束。
while (e != null) {
// Entry继承了弱引用，get()方法就是获取内部的ThreadLocal对象
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 查找成功，返回Entry
if (k == key)
return e;
/*
* key为null，说明Entry关联的ThreadLocal被GC回收了..(因为key是弱引用 key = e.get() == null)
* 但是Entry还存在，这时就需要将当前位置的Entry干掉。
*/
if (k == null)
// 进行一次 探测式的过期数据回收
expungeStaleEntry(i);
// k不为null，但是当前Entry不是目标Entry，继续向后查找
else
// 更新index
i = nextIndex(i, len);
// 获取下一个slot中的Entry
e = tab[i];
}
// 执行到这里，说明关联区段内都没找到相应数据，返回null
return null;
}
ThreadLocalMap.expungeStaleEntry()
探测式清理
/*
* 探测式清理：探测式的过期数据回收，清理区间内的每一个过期数据
* 1.即当前位置上的Entry的key是null，说明当前的Entry已经没有用了，需要将其干掉。
* 2.遍历哈希表，将从当前位置开始的Entry != null && key == null的所有Entry干掉，然后将正常的Entry做一次重新迁移，优化查询。
* @param staleSlot (stale翻译为过期的)
* table[staleSlot] 就是一个过期数据，以这个位置开始 继续向后查找过期数据，直到碰到 slot == null 的情况结束。
*/
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// 将当前位置的Entry的的value置为null(help GC)
tab[staleSlot].value = null;
// 将当前位置置为null，将Entry直接干掉
tab[staleSlot] = null;
// 干掉了一个元素，所以size - 1
size--;
/*
* 下面就是rehash()的过程（重新计算有效元素的索引，并清理过期元素）
*/
// 当前遍历的Entry
Entry e;
// 当前的位置
int i;
// 循环遍历数组，从置为null的Entry对象的下一个位置(staleSlot + 1)开始，直到某一位置上的Entry为null为止。
for (i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
/*
* 能进入for循环，说明当前位置的Entry一定不为null
*/
// 获取当前节点的key
ThreadLocal<?> k = e.get();
// k(ThreadLocal对象) = null，说明k表示的threadLocal对象 已经被GC回收了..当前entry属于脏数据了(过期)..
// 将当前Entry的value和当前Entry全部干掉。
if (k == null) {
e.value = null;
tab[i] = null;
size --;
} else {
/*
* 执行到这里，说明当前遍历的slot中对应的entry 是非过期数据
* 此时需要做的事就是判断当前位置上的Entry是否在经过哈希寻址后应该在的位置，(因为有可能发生过冲突)，往后偏移存储了，
* 如果不在该在的位置，这个时候应该去优化位置，就去寻找距离寻址位置最近的位置(也可能找到寻址的位置)。
* 这样的话，查询的时候 效率才会更高！
*/
// 重新计算索引
int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
// 条件成立：表示当前Entry确实不在该在的位置，就是发生过hash冲突，向后偏移过了，需要尝试重新找位置存放。
if (h != i) {
// 先将当前位置置为null
tab[i] = null;
// 循环找位置存放
// 以正确位置h 开始，向后查找第一个 可以存放Entry的位置。
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
// 将当前元素放入到 距离正确位置 更近的位置(有可能就是正确位置)
tab[h] = e;
}
}
}
return i; // 返回当前下标
}
expungeStaleEntry() 方法流程图
- 红色表示过期数据，灰色/白色表示对应 slot 为 null，绿色表示正常状态（slot 中有数据）。
ThreadLocal.get() 方法流程图
- 这张图是以 ThreadLocal.get() 层面分析的，并未画出 ThreadLocal.getEntry() 内部方法的逻辑。
ThreadLocalMap.set()
// -----------------ThreadLocal.set()----------------------
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
// ThreadLocalMap.set()方法，真正给当前线程添加 threadLocal-value 键值对 或 重写value的逻辑。
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
||
||
\/
// -----------------ThreadLocalMap.set()----------------------
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
// 寻址
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 什么slot可以使用呢？？
// 1.k == key 说明是替换
// 2.碰到一个过期的slot，这个时候 咱们可以强行占用
// 3.查找过程中 碰到 slot == null 了
/*
* for循环做的事就是，循环寻找key相同的Entry
* 1.找到相同key并且正常的Entry，做value替换
* 2.找到某一位置(Entry != null && Entry.key == null)，将Entry替换
*/
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { // 依次往后遍历
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 找到了相同的key，替换value
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
// 查找过程中，碰到了Entry.key == null，说明当前Entry是过期数据
if (k == null) {
// 替换过期的Entry
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
/*
* 执行到这里，说明for循环找到了一个当前slot为null的情况
* 此时直接在这个slot位置上创建一个Entry对象。
*/
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
/*
* 这里做一次启发式清理工作
* 条件1：cleanSomeSlots()返回false表示内部没有清理到数据 取反后为true 进入条件2逻辑
* 条件2：这时在判断元素数量是否达到了扩容阈值，大于等于阈值就进行rehash()操作
*/
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
ThreadLocalMap.replaceStaleEntry()
/*
* 替换过期的Entry
* @param key 新key
* @param value 新value
* @param staleSlot 过期Entry的位置
*/
private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,
int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
Entry e;
// 将过期Entry的位置赋值给slotToExpunge，表示开始探测式清理过期数据的 开始下标（默认从当前 staleSlot开始）
int slotToExpunge = staleSlot;
/*
* 以当前staleSlot位置的前一个位置开始，向前迭代查找，
* (for循环结束条件 Entry = null)，更新slotToExpunge为靠前的(Entry != null && Entry.key == null)的过期Entry的位置。
*/
for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = prevIndex(i, len))
// 条件成立：说明向前找到了过期数据，更新探测清理过期数据的 开始下标为 i
if (e.get() == null)
slotToExpunge = i;
/*
* 以当前不合法的Entry的位置(staleSlot)的下一个位置向后去查找，直到碰到null为止。
*/
for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
// 获取当前位置的Entry的key(threadLocal)
ThreadLocal<?> k = e.get();
/*
* key要添加的新key
* k 当前遍历的key
* k == key 说明要添加的key已经存在了，需要替换value
* 然后做清理逻辑
*/
if (k == key) {
// 替换为新value
e.value = value;
// 交换位置的逻辑
// 将过期的Entry放到当前位置i，因为下面要从i这个位置开始清理
tab[i] = tab[staleSlot];
// 将替换完毕的Entry放到过期数据的位置，这样的话，咱们这个数据位置就被优化了..
tab[staleSlot] = e;
// 条件成立：
// 1.说明replaceStaleEntry一开始时向前查找过期数据时，并未找到过期的Entry
// 2.向后检查过程中也未发现过期数据..
if (slotToExpunge == staleSlot)
// 因为上面做了交换，所以当前位置i就是过期数据，赋值给slotToExpunge
slotToExpunge = i;
// 下面就是清理过期的Entry
// 启发式清理
cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
return;
}
/*
* 条件1：k == null成立，说明当前向后遍历到的Entry是一个过期数据
* 条件2：slotToExpunge == staleSlot成立说明一开始向前查找过期数据并未找到过期的Entry
*/
if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
// 因为向后查询过程中查找到了一个过期数据，更新slotToExpunge为当前位置
// 前提条件是前驱扫描时未发现过期数据
slotToExpunge = i;
}
/*
* 什么时候执行到这里？
* —>向后查找过程中，并未发现 key = null 的Entry，说明当前set操作是一个添加逻辑，直接将新数据添加到过期Entry的位置上。
*/
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = new Entry(key, value);
// 条件成立：说明除了当前staleSlot过期Entry位置以外，还发现其它的过期slot了
if (slotToExpunge != staleSlot)
// 开启清理数据的逻辑
// 启发式清理
cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
}
replaceStaleEntry() 方法流程图
ThreadLocalMap.cleanSomeSlots()
启发式清理
/*
* 启发式清理：试探的扫描一些单元格，寻找过期元素并清理（并不是扫描所有）。
* 启发式清理作用：指导我们找到脏Entry，并且通过 探索式清理流程 清理该脏Entry（真正的清理逻辑还是expungeStaleEntry()方法）
* @param i 表示清理工作的起始位置(探测式清理结束的位置)，这个位置一定是null
* @param n 表示table.length 这里也表示结束条件
* @return removed：true->表示清理过数据 false->表示未清理过数据
*/
private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
// 表示启发式清理工作 是否清除过过期数据
boolean removed = false;
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
do {
// 获取当前i位置的下一个位置
// 这里为什么不是从i就检查呢？
// 因为cleanSomeSlots(i = expungeStaleEntry(???), n)，expungeStaleEntry(???)的返回时该位置的slot一定是null。
i = nextIndex(i, len);
// 获取下标i对应的Entry
Entry e = tab[i];
/*
* 条件成立：表示当前位置的Entry是过期数据，需要清理
*/
if (e != null && e.get() == null) {
// 重新更新n为 table数组长度
n = len;
// 清理标志置为true，表示清理过数据
removed = true;
// 以当前过期的slot位置开始，做一次探测式清理工作。
i = expungeStaleEntry(i);
}
/*
* while循环条件中的 (n >>>= 1) != 0) 表示循环次数
* 在扫描过程中，
* 如果没有遇到脏entry就整个扫描过程持续log2(n)次，log2(n)的得来是因为n >>>= 1，每次n右移一位相当于n除以2。
* 如果在扫描过程中遇到脏entry的话就会令n为当前hash表的长度(n=len)，再扫描log2(n)趟，注意此时n增加无非就是多增加了循环次数，
* 让有更多的循环次数支持我们在后面的循环里面有机会能够找到脏entry，并且调用expungeStaleEntry()方法做探测式清理。
*/
// 假设table长度为16
// 16 >>> 1 => 8
// 8 >>> 1 => 4
// 4 >>> 1 => 2
// 2 >>> 1 => 1
// 1 >>> 1 => 0
} while ( (n >>>= 1) != 0);
return removed;
}
cleanSomeSlots() 方法流程图
ThreadLocalMap.set() 方法流程图
流程总结
- 先遍历 hash 表查找元素
- 找到相同的 key 就做 value 的替换操作
- 未找到，可能发生 hash 冲突，继续向后寻找
- 找到了过期 Entry，进行清理和替换操作
- 遇到了空位，说明是第一次添加元素，新建一个 Entry 对象
ThreadLocalMap.rehash()
- 只有当前 table 元素个数
大于等于扩容阈值并且在清理完 table 内部的所有过期的 Entry 后，元素个数还大于等于阈值的3/4，这时才会触发扩容。
// ThreadLocalMap.set()方法会调用rehash()方法
// rehash()方法只是先调用了一次expungeStaleEntries()方法进行清理工作，然后再判断是否达到扩容条件，再调用真正的resize()扩容方法、
// rehash()只是个表层方法。
private void rehash() {
// 这个方法执行完毕后，当前散列表内部所有过期的数据，都会被干掉。
// 遍历每个桶位 进行探测式清理（全面清理）
expungeStaleEntries();
// 条件成立：说明清理完所有的过期Entry后，size数量仍然达到了扩容阈值的 3/4，才会真正触发扩容！
if (size >= threshold - threshold / 4)
// 做一次resize()扩容
resize();
}
// ----------------ThreadLocalMap.expungeStaleEntries()----------------
// 这个方法执行完毕后，当前散列表内部所有过期的数据，都会被干掉。
private void expungeStaleEntries() {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = tab[j];
// 遍历每个桶位 进行探测式清理（全面清理）
if (e != null && e.get() == null)
expungeStaleEntry(j);
}
}
ThreadLocalMap.resize()
/*
* 扩容操作
*/
private void resize() {
// 扩容，变为原长度的2倍
Entry[] oldTab = table;
int oldLen = oldTab.length;
int newLen = oldLen * 2; // 新长度 = 原长度 * 2
// 创建一个新的table
Entry[] newTab = new Entry[newLen];
// 表示新表中的元素个数
int count = 0;
// 遍历原表中的每一个slot，将原表中的数据迁移到新表
for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
Entry e = oldTab[j];
if (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 条件成立：说明当前位置的Entry是过期数据
if (k == null) {
e.value = null; // Help the GC
} else {
// 执行到这里 说明原表当前位置的Entry是正常数据 需要迁移到新表
// 计算新位置
int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
// 遍历找空位置(找到距离目标位置最近的一个slot)
while (newTab[h] != null)
h = nextIndex(h, newLen);
// 放到新位置
newTab[h] = e;
// 新表元素个数+1
count++;
}
}
}
setThreshold(newLen); // 设置新的扩容阈值
size = count; // 将count赋值给size
table = newTab; // 将新表赋值给table
}
ThreadLcoalMap.remove()
// --------------------ThreadLocal.remove()-------------------------
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
// ThreadLocalMap.remove()方法 真正删除的逻辑
m.remove(this);
}
// --------------------ThreadLcoalMap.remove()-------------------------
/*
* 真正的remove逻辑：先将对应key => threadLocal置为null，然后将Entry内部的value以及Entry干掉。
*/
private void remove(ThreadLocal<?> key) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// 根据key获取索引位置
int i = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
// 遍历
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
// 找到指定key
if (e.get() == key) {
/*
* Entry是弱引用，调用clear()方法会将内部关联的threadLocal置为null
*/
e.clear();
// 以当前位置 进行一次探索式清理 将Entry内部的value以及Entry干掉
expungeStaleEntry(i);
return;
}
}
}
ThreadLocal 内存泄露问题
看了上文的讲解，我们知道 ThreadLocalMap 内部维护了一个 Entry 数组，而内存泄漏与这个 Entry 数组有很大的关系。
Entry 对象的 key 是 ThreadLocal 对象，是一个弱引用，而 value 是强引用。如果外部的 ThreadLocal 被置为 null，也就是 key 的强引用消失了， 此时只有一个弱引用还在，而这时又发生了 GC，key 就被回收掉了，此时 Entry 对象还在强引用 value，导致 value 无法被回收，我们也无法获取到这个 value，此时就造成了「内存泄漏」，value 成了一个永远也无法被访问，但是又无法被回收的对象。
但是要注意一个误区，ThreadLocal 造成内存泄漏的可能性很低，而且不是将 ThreadLocalMap 中 Entry 的 key 设计为弱引用容易导致内存泄漏问题，相反，将 key 设置为弱引用反而防止了内存泄漏的发生。
Entry 的 key 设计为弱引用是 JDK 在尽量避免程序出现内存泄漏，通过上文的分析可以看出 ThreadLocal 做了保护措施，在操作 ThreadLocal 时，如果发现 key 为 null 也就代表这些节点已经是过期节点，就会将其自发的清理掉。
所以，如果在线程池（线程复用）环境下，如果还会调用ThreadLocal的 set/get/remove 方法，就不会发生长期的内存泄漏问题。
同时我们想想，如果 key 设计成强引用而不是弱引用会怎样？
如果 key 设计为强引用，外部的 ThreadLocal 引用被置为 null 了，此时 Entry 中的 key 所引用 ThreadLocal 对象就没有了存在的意义，无法获取到，还没法被回收，造成了内存泄漏。
ThreadLocal 会在以下过程中清理过期节点：
- 调用
set()方法时，采样清理、全量清理，扩容时还会继续检查。 - 调用
get()方法，没有直接命中，向后环形查找时。 - 调用
remove()时，除了清理当前 Entry，还会向后继续清理。
- 在 remove、set、get 的时候都会去主动寻找过期的数据，不是将其干掉，就是将其替换掉。
- 但是如果存储的是一个很大的对象，就会有问题，在线程执行完毕之后，没有及时释放，那么就会造成 ThreadLocalMap 内的垃圾数据没有被及时清除。
- 这个实时候就会造成内存泄露问题。
- 所以在使用的时候，一定要在 finally 方法中将其 remove 掉。
- 比如实际开发的时候，线程池中的线程有可能一直被复用，没有被回收掉，那么这个时候就可能存在内存泄露问题。
- 调用 get、set 或 remove 方法时，就会尝试删除 key 为 null 的 Entry，可以释放 value 对象所占用的内存。
- 当我们为 threadLocal 变量赋值，实际上就是当前的
Entry(threadLocal实例为key，值为value)，往这个 threadLocalMap 中存放。Entry 中的 key 是弱引用，当 threadLocal 外部强引用被置为 (tl=null)，那么系统 GC 的时候，根据可达性分析，这个 threadLocal 实例就没有任何一条链路能够引用到它，这个 ThreadLocal 势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap 中就会出现 key 为 null 的 Entry，就没有办法访问这些 key 为 null 的 Entry 的 value，如果当前线程再迟迟不结束的话，这些 key 为 null 的 Entry 的 value 就会一直存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap-> Entry -> value 永远无法回收，造成内存泄漏。 - 当然，如果当前 thread 运行结束，threadLocal，threadLocalMap，Entry 没有引用链可达，在垃圾回收的时候都会被系统进行回收。
- 但在实际使用中我们有时候会用线程池去维护我们的线程，比如在 Executors.newFixedThreadPool() 时创建线程的时候，为了复用线程是不会结束的，所以 threadLocal 内存泄漏就值得我们小心。
- 当我们为 threadLocal 变量赋值，实际上就是当前的
ThreadLocal 最佳实践
虽然 ThreadLocal 有避免内存泄漏发生的机制，但并不是万无一失的，所以在我们使用时也要注意一些。
- 一般建议将其声明为
static final或者static的，避免频繁创建 ThreadLocal 实例。 - 每次使用完 ThreadLocal，都尽量调用它的
remove()方法，清理数据。 - 尽量避免存储大对象，如果非要存，那么尽量在访问完成后及时调用
remove()删除掉。
ThreadLocal 应用场景
-
线程不安全 DateUtils
public class UnSafeDateUtils { private static SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 100; i++) { new Thread(() -> { try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } String res = format.format(new Date()); System.out.println(res); try { System.out.println(format.parse(res)); } catch (ParseException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } } }多线程下会抛出各种奇怪的异常
Exception in thread "Thread-88" java.lang.NumberFormatException: For input string: "" at java.base/java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65) at java.base/java.lang.Long.parseLong(Long.java:702) at java.base/java.lang.Long.parseLong(Long.java:817) at java.base/java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195) at java.base/java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2093) at java.base/java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:2222) at java.base/java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1529) at java.base/java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:386) at lyc.Main.lambda$main$0(Main.java:21) at java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:844) Exception in thread "Thread-29" java.lang.NumberFormatException: multiple points at java.base/jdk.internal.math.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1914) at java.base/jdk.internal.math.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110) at java.base/java.lang.Double.parseDouble(Double.java:543) at java.base/java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169) at java.base/java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2098) at java.base/java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1915) at java.base/java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1529) at java.base/java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:386) at lyc.Main.lambda$main$0(Main.java:21) at java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:844) -
使用 ThreadLocal 解决
import org.apache.commons.lang3.StringUtils; import java.text.ParseException; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class DateUtils { /** YYYY */ public final static String YYYY = "yyyy"; /** MM_DD */ public final static String MM_DD = "MM-dd"; /** HH_MM_SS */ public final static String HH_MM = "HH:mm"; /** HH_MM_SS */ public final static String HH_MM_SS = "HH:mm:ss"; /** YYYY_MM */ public static final String YYYY_MM = "yyyy-MM"; /** YYYY_MM_DD */ public static final String YYYY_MM_DD = "yyyy-MM-dd"; /** YYYY_MM_DD_HH */ public final static String YYYY_MM_DD_HH = "yyyy-MM-dd HH"; /** YYYY_MM_DD_HH_MM */ public final static String YYYY_MM_DD_HH_MM = "yyyy-MM-dd HH:mm"; /** YYYY_MM_DD_HH_MM_SS */ public final static String YYYY_MM_DD_HH_MM_SS = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss"; /** 本地线程日期格式 */ private final static ThreadLocal<Map<String, SimpleDateFormat>> THREAD_LOCAL_FORMATTERS = ThreadLocal.withInitial(() -> { Map<String, SimpleDateFormat> map = new HashMap<>(16); map.put(YYYY, new SimpleDateFormat(YYYY)); map.put(YYYY_MM, new SimpleDateFormat(YYYY_MM)); map.put(MM_DD, new SimpleDateFormat(MM_DD)); map.put(HH_MM, new SimpleDateFormat(HH_MM)); map.put(HH_MM_SS, new SimpleDateFormat(HH_MM_SS)); map.put(YYYY_MM_DD, new SimpleDateFormat(YYYY_MM_DD)); map.put(YYYY_MM_DD_HH, new SimpleDateFormat(YYYY_MM_DD_HH)); map.put(YYYY_MM_DD_HH_MM, new SimpleDateFormat(YYYY_MM_DD_HH_MM)); map.put(YYYY_MM_DD_HH_MM_SS, new SimpleDateFormat(YYYY_MM_DD_HH_MM_SS)); return map; }); /** * YYYY 转换日期 * * @param dateString the time * @param format format * @return date date */ public static Date parse(String dateString, String format) { if (StringUtils.isBlank(dateString)) { return null; } try { return getFormat(format).parse(dateString); } catch (ParseException e) { return null; } } /** * 格式化日期 * * @param date the time * @param format format * @return date date */ public static String format(Date date, String format) { if (StringUtils.isBlank(format)) { return null; } try { return getFormat(format).format(date); } catch (Exception e) { return null; } } /** * 获取格式化配置 * * @param format 格式化 * @return 配置 */ private static SimpleDateFormat getFormat(String format) { return THREAD_LOCAL_FORMATTERS.get().get(format); } }
更多 ThreadLocal 应用场景可参考：史上最全ThreadLocal 详解（一）
参考
- 视频参考
- b站_小刘讲源码付费课
- 文章参考
- shstart7_ThreadLocal源码解析2.ThreadLocalMap
- 神烦狗闯入了你的博客_ThreadLocal 详解
- 肆华_ThreadLocal阅读理解
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