ThreadLocal类详解

ThreadLocal类详解

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一、概述

ThreadLocal类是Java提供的一种线程局部存储，它为每个使用该变量的线程提供一个独立的变量副本。这意味着，每个线程可以访问自己内部的ThreadLocal变量，而不会和其他线程的ThreadLocal变量冲突。ThreadLocal实例通常被声明为private static类型。总结来说，ThreadLocal不是为了解决多线程访问共享变量的问题，而是为每个线程创建一个单独的变量副本，提供保持对象的方法和避免参数传递的复杂性。

二、原理

ThreadLocal可以看做是一个容器，容器里面存放着属于当前线程的变量。ThreadLocal类提供了四个对外开放的接口方法，这也是用户操作ThreadLocal类的基本方法：

1. void set(Object value)：设置当前线程的线程局部变量的值。
2. public Object get()：该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
3. public void remove()：将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。
4. protected Object initialValue()：返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次，ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

ThreadLocal内部是如何为每一个线程维护变量副本的呢？其实在ThreadLocal类中有一个静态内部类ThreadLocalMap（其类似于Map），用键值对的形式存储每一个线程的变量副本，ThreadLocalMap中元素的key为当前ThreadLocal对象，而value对应线程的变量副本，每个线程可能存在多个ThreadLocal。

三、内存泄漏问题

每个线程中都存在一个map，map的类型是ThreadLocal.ThreadLocalMap。Map中的key为一个threadLocal实例，这个Map的确使用了弱引用，不过弱引用只是针对key。每个key都弱引用指向threadLocal。当把threadLocal实例置为null以后，没有任何强引用指向threadLocal实例，所以threadLocal将会被gc回收。但是，我们的value却不能回收，因为存在一条从current thread连接过来的强引用。只有当前线程结束后，current thread就不会存在栈中，强引用断开，Current Thread, Map, value将全部被GC回收。

所以得出一个结论就是只要这个线程对象被gc回收，就不会出现内存泄露，但在threadLocal设为null和线程结束这段时间不会被回收的，就发生了我们认为的内存泄露。最要命的是线程对象不被回收的情况，这就发生了真正意义上的内存泄露。比如使用线程池的时候，线程结束是不会销毁的，会再次使用的就可能出现内存泄露（在web应用中，每次http请求都是一个线程，tomcat容器配置使用线程池时会出现内存泄漏问题）。

四、ThreadLocalMap详解

ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类，它是每个线程的内部属性，其生命周期与线程相同。ThreadLocalMap使用ThreadLocal对象作为键（key），这些键实际上是弱引用，而它们所对应的值（value）则是强引用。这意味着，如果一个ThreadLocal对象没有被外部强引用所引用，那么它可能会在下一次垃圾回收时被回收，即使线程仍然存活。然而，它所对应的值（value）仍然会占用内存，因为它有一个强引用从Thread对象指向ThreadLocalMap，再从ThreadLocalMap指向这些值。

ThreadLocalMap的初始容量为16，当容量超过2/3时会自动扩容。这个扩容操作与HashMap的扩容操作类似，但ThreadLocalMap做了一些优化，比如在扩容时，它不会像HashMap那样保留原有的哈希值，而是重新计算每个键的哈希值。

五、使用ThreadLocal的最佳实践

1. 静态变量：通常将ThreadLocal变量声明为private static，这样可以确保ThreadLocal实例在整个应用程序中是唯一的。
2. 及时清理：在使用完ThreadLocal变量后，应该调用remove()方法来清除当前线程的ThreadLocalMap中的条目，避免内存泄漏。
3. 避免内存泄漏：特别是在使用线程池时，由于线程会被复用，不及时清理ThreadLocal变量可能会导致内存泄漏。因此，在finally块中调用remove()方法是一个好习惯。

六、总结

ThreadLocal是一个强大的工具，它允许我们为每个线程存储和管理自己的数据。然而，如果不正确地使用它，可能会导致内存泄漏，特别是在使用线程池的情况下。为了避免这些问题，我们应该在不再需要ThreadLocal变量时调用remove()方法，以确保及时清理资源。同时，理解ThreadLocal的内部工作原理和内存泄漏的原因，可以帮助我们更好地使用这个工具，并避免潜在的问题。

通过上述内容，我们深入了解了ThreadLocal的工作原理、内存泄漏问题以及如何正确使用ThreadLocal。希望这些信息能够帮助您在实际开发中更好地利用ThreadLocal，同时避免可能的问题。