ThreadLocal原理回顧

ThreadLocal的原理：每個Thread內部維護著一個ThreadLocalMap，它是一個Map。這個對映表的Key是一個弱引用，其實就是ThreadLocal本身，Value是真正存的執行緒變數Object。

也就是說ThreadLocal本身並不真正儲存執行緒的變數值，它只是一個工具，用來維護Thread內部的Map，幫助存和取。注意上圖的虛線，它代表一個弱引用型別，而弱引用的生命週期只能存活到下次GC前。

ThreadLocal為什麼會記憶體洩漏

ThreadLocal在ThreadLocalMap中是以一個弱引用身份被Entry中的Key引用的，因此如果ThreadLocal沒有外部強引用來引用它，那麼ThreadLocal會在下次JVM垃圾收集時被回收。這個時候就會出現Entry中Key已經被回收，出現一個null Key的情況，外部讀取ThreadLocalMap中的元素是無法通過null Key來找到Value的。因此如果當前執行緒的生命週期很長，一直存在，那麼其內部的ThreadLocalMap物件也一直生存下來，這些null key就存在一條強引用鏈的關係一直存在：Thread --> ThreadLocalMap-->Entry-->Value，這條強引用鏈會導致Entry不會回收，Value也不會回收，但Entry中的Key卻已經被回收的情況，造成記憶體洩漏。

但是JVM團隊已經考慮到這樣的情況，並做了一些措施來保證ThreadLocal儘量不會記憶體洩漏：在ThreadLocal的get()、set()、remove()方法呼叫的時候會清除掉執行緒ThreadLocalMap中所有Entry中Key為null的Value，並將整個Entry設定為null，利於下次記憶體回收。

來看看ThreadLocal的get()方法底層實現

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null)
            return (T)e.value;
    }
    return setInitialValue();
}
 

在呼叫map.getEntry(this)時，內部會判斷key是否為null，繼續看map.getEntry(this)原始碼

private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    Entry e = table[i];
    if (e != null && e.get() == key)
        return e;
    else
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
 

在getEntry方法中，如果Entry中的key發現是null，會繼續呼叫getEntryAfterMiss(key, i, e)方法，其內部回做回收必要的設定，繼續看內部原始碼：

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    while (e != null) {
        ThreadLocal k = e.get();
        if (k == key)
            return e;
        if (k == null)
            expungeStaleEntry(i);
        else
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;
}

注意k == null這裡，繼續呼叫了expungeStaleEntry(i)方法，expunge的意思是擦除，刪除的意思，見名知意，在來看expungeStaleEntry方法的內部實現：

private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    // expunge entry at staleSlot（意思是，刪除value，設定為null便於下次回收）
    tab[staleSlot].value = null;
    tab[staleSlot] = null;
    size--;

    // Rehash until we encounter null
    Entry e;
    int i;
    for (i = nextIndex(staleSlot, len);
         (e = tab[i]) != null;
         i = nextIndex(i, len)) {
        ThreadLocal k = e.get();
        if (k == null) {
            e.value = null;
            tab[i] = null;
            size--;
        } else {
            int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
            if (h != i) {
                tab[i] = null;

                // Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
                // null because multiple entries could have been stale.
                while (tab[h] != null)
                    h = nextIndex(h, len);
                tab[h] = e;
            }
        }
    }
    return i;
}

注意這裡，將當前Entry刪除後，會繼續迴圈往下檢查是否有key為null的節點，如果有則一併刪除，防止記憶體洩漏。

但這樣也並不能保證ThreadLocal不會發生記憶體洩漏，例如：

• 使用static的ThreadLocal，延長了ThreadLocal的生命週期，可能導致的記憶體洩漏。
• 分配使用了ThreadLocal又不再呼叫get()、set()、remove()方法，那麼就會導致記憶體洩漏。

為什麼使用弱引用？

從表面上看，發生記憶體洩漏，是因為Key使用了弱引用型別。但其實是因為整個Entry的key為null後，沒有主動清除value導致。很多文章大多分析ThreadLocal使用了弱引用會導致記憶體洩漏，但為什麼使用弱引用而不是強引用？

官方文件的說法：

To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.
為了處理非常大和生命週期非常長的執行緒，雜湊表使用弱引用作為 key。

下面我們分兩種情況討論：

• key 使用強引用：引用的ThreadLocal的物件被回收了，但是ThreadLocalMap還持有ThreadLocal的強引用，如果沒有手動刪除，ThreadLocal不會被回收，導致Entry記憶體洩漏。
• key 使用弱引用：引用的ThreadLocal的物件被回收了，由於ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使沒有手動刪除，ThreadLocal也會被回收。value在下一次ThreadLocalMap呼叫set,get，remove的時候會被清除。
  比較兩種情況，我們可以發現：由於ThreadLocalMap的生命週期跟Thread一樣長，如果都沒有手動刪除對應key，都會導致記憶體洩漏，但是使用弱引用可以多一層保障：弱引用ThreadLocal不會記憶體洩漏，對應的value在下一次ThreadLocalMap呼叫set,get,remove的時候會被清除。

因此，ThreadLocal記憶體洩漏的根源是：由於ThreadLocalMap的生命週期跟Thread一樣長，如果沒有手動刪除對應key的value就會導致記憶體洩漏，而不是因為弱引用。

總結

綜合上面的分析，我們可以理解ThreadLocal記憶體洩漏的前因後果，那麼怎麼避免記憶體洩漏呢？

• 每次使用完ThreadLocal，都呼叫它的remove()方法，清除資料。

在使用執行緒池的情況下，沒有及時清理ThreadLocal，不僅是記憶體洩漏的問題，更嚴重的是可能導致業務邏輯出現問題。所以，使用ThreadLocal就跟加鎖完要解鎖一樣，用完就清理。

作者：Misout
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來源：簡書
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