ThreadLocal工作原理和内存泄漏的预防

本文介绍了ThreadLocal,它是提供线程局部变量的工具类,用于保证线程安全、存取线程独享数据。分析了其底层源码,指出每个线程只能存一个线程变量。还探讨了内存泄漏问题,JVM通过设置弱引用和在特定方法调用时回收来避免,但存储大量Key为null的Entry或使用static ThreadLocal仍可能导致泄漏。

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ThreadLocal是什么?

ThreadLocal是一个用于提供线程局部变量的一个工具类,用于保证线程安全,在他里面包含了一个ThreadLocalMap,真正的引用确是在Thread中,一般用private static加以修饰,

ThreadLocal的作用

threadlocal用于存取线程独享数据,提高访问效率。

ThreadLocal的底层源码

当我们要将一个Object放入对应的线程中时调用threadLocal.set()代码如下:

public void set(T value) {

        Thread t = Thread.currentThread();

        ThreadLocalMap map = getMap(t);//每一个线程的内部(堆)其实都对应一个Map实例

        if (map != null)

            map.set(this, value);//存放ThreadLocal和当前值?只能放一个值?

        else

            createMap(t, value);

 }

当我们想要得到每个线程的conn时:

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();

 }

从源码中可以知道,Map中的key为ThreadLocal,故每一个线程只能存放一个线程变量,多个会发生覆盖现象

public class testThreadlocal {
   static ThreadLocal<String> tl=new ThreadLocal<>();

   public static void main(String[] args) {
       new Thread(()->{
               try{
                   TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
               }catch(InterruptedException e){
                   e.printStackTrace();
               }
           tl.set("456");
           System.out.println(tl.get());
           tl.set("789");
           System.out.println(tl.get());

       },"t1").start();
       new Thread(()->{
           try{
               TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
           }catch(InterruptedException e){
               e.printStackTrace();
           }
          tl.set("123");
       },"t2").start();
   }
//    static class Person{
//        String name="111";
//    }

}

关于内存泄漏

强引用-软引用-弱引用

强引用:普通的引用,强引用指向的对象不会被回收;
软引用:仅有软引用指向的对象,只有发生gc且内存不足,才会被回收;
弱引用:仅有弱引用指向的对象,只要发生gc就会被回收。

原因:

synchronized是用时间换空间、ThreadLocal是用空间换时间,为什么这么说?
因为synchronized操作数据,只需要在主存存一个变量即可,就阻塞等共享变量,而ThreadLocal是每个线程都创建一块小的堆工作内存。显然,印证了上面的说法。

一个线程对应一块工作内存,线程可以存储多个ThreadLocal。那么假设,开启1万个线程,每个线程创建1万个ThreadLocal,也就是每个线程维护1万个ThreadLocal小内存空间,而且当线程执行结束以后,假设这些ThreadLocal里的Entry还不会被回收,那么将很容易导致堆内存溢出。

怎么办?难道JVM就没有提供什么解决方案吗?
ThreadLocal当然有想到,所以他们把ThreadLocal里的Entry设置为弱引用,当垃圾回收的时候,回收ThreadLocal。
什么是弱引用?
Key使用强引用:也就是上述说的情况,引用的ThreadLocal的对象被回收了,ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key为强引用并没有被回收,如果不手动回收的话,ThreadLocal将不会回收那么将导致内存泄漏。
Key使用弱引用:引用的ThreadLocal的对象被回收了,ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key为弱引用,如果内存回收,那么将ThreadLocalMap的Key将会被回收,ThreadLocal也将被回收。value在ThreadLocalMap调用get、set、remove的时候就会被清除。
比较两种情况,我们可以发现:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长,如果都没有手动删除对应key,都会导致内存泄漏,但是使用弱引用可以多一层保障: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。

那按你这么说,既然JVM有保障了,还有什么内存泄漏可言?
ThreadLocalMap使用ThreadLocal对象作为弱引用,当垃圾回收的时候,ThreadLocalMap中Key将会被回收,也就是将Key设置为null的Entry。如果线程迟迟无法结束,也就是ThreadLocal对象将一直不会回收,回顾到上面存在很多线程+TheradLocal,那么也将导致内存泄漏。

其实,在ThreadLocal中,当调用remove、get、set方法的时候,会清除为null的弱引用,也就是回收ThreadLocal。

总结:

JVM利用设置ThreadLocalMap的Key为弱引用,来避免内存泄露。
JVM利用调用remove、get、set方法的时候,回收弱引用。
当ThreadLocal存储很多Key为null的Entry的时候,而不再去调用remove、get、set方法,那么将导致内存泄漏。
当使用static ThreadLocal的时候,延长ThreadLocal的生命周期,那也可能导致内存泄漏。因为,static变量在类未加载的时候,它就已经加载,当线程结束的时候,static变量不一定会回收。那么,比起普通成员变量使用的时候才加载,static的生命周期加长将更容易导致内存泄漏危机。
https://www.jianshu.com/p/a1cd61fa22da

<think>嗯,用户想了解如何检测解决Java中由ThreadLocal引起的内存泄漏问题。首先,我需要回忆一下ThreadLocal的基本原理。ThreadLocal通过每个线程持有的ThreadLocalMap来存储数据,键是弱引用的ThreadLocal实例,值则是强引用的实际数据。这可能引发内存泄漏,因为当ThreadLocal实例被回收后,对应的键会变成null,但值仍然存在,导致无法被访问,却无法被GC回收。 接下来,检测方法方面,用户可能需要知道如何通过工具代码分析来发现问题。首先想到的是内存分析工具,比如Eclipse MAT,可以查看堆转储中的ThreadLocalMap条目,寻找键为null的Entry。另外,监控线程生命周期也很重要,尤其是线程池中的线程,因为它们长期存活可能导致泄漏积累。日志分析可能也有帮助,比如在remove()方法中添加日志,检查是否有未清理的情况。 解决方案方面,用户需要知道如何正确使用ThreadLocal。比如,每次使用后调用remove()方法清理,避免线程池线程长期持有数据。另外,使用static修饰ThreadLocal实例,可以减少实例数量,但需要注意这不会完全防止泄漏。可能还需要提到Java 8中的优化,比如cleanSomeSlots方法自动清理无效Entry,但用户仍需主动remove。 还有,用户可能想知道实际项目中如何预防这类问题。比如编码规范中强制要求remove,代码审查时检查ThreadLocal的使用,或者用try-finally块确保remove被调用。此外,可能还要对比不同Java版本的改进,比如弱引用的使用自动清理机制。 需要确保回答结构清晰,分点列出检测方法解决方案,并引用提供的资料。比如在解决方案部分提到将ThreadLocal设为全局变量(public static)来避免被回收,但需要结合remove使用。同时,引用资料中的replaceStaleEntry方法cleanSomeSlots的作用。 还要注意用户提供的引用内容,正确标注来源。比如引用[2]提到将ThreadLocal设为public static来防止回收,但需要说明这并不能完全解决泄漏,仍需remove。引用[1]提到cleanSomeSlots方法的改进,可以解释Java 8后的优化措施。 最后,生成相关问题时要围绕ThreadLocal内存泄漏,比如检测工具、最佳实践、与弱引用的关系、线程池的影响以及版本差异等。确保问题覆盖用户可能进一步关心的方面。</think>### 如何检测解决ThreadLocal内存泄漏问题 #### 一、ThreadLocal内存泄漏的成因 1. **弱引用与强引用机制** ThreadLocalMap的键(ThreadLocal实例)是弱引用,而值是强引用。当ThreadLocal实例被回收后,Entry的键变为null,但值仍被强引用保留,导致无法释放[^1]。 2. **线程生命周期过长** 线程池中的线程长期存活,若未主动清理ThreadLocal数据,会导致无效Entry累积[^2]。 #### 二、检测方法 1. **内存分析工具** - 使用`Eclipse Memory Analyzer (MAT)`或`VisualVM`分析堆转储文件,重点关注`ThreadLocalMap`中的`Entry`。 - 搜索键为`null`的Entry,这些是潜在泄漏点[^1]。 ```java // 示例:堆转储分析中查找ThreadLocalMap的Entry // 过滤条件:org.apache.tomcat.util.threads.TaskThread ``` 2. **监控线程生命周期** - 对线程池线程记录创建/销毁日志,观察ThreadLocal数据是否随任务完成被清理。 3. **代码审查** - 检查所有`ThreadLocal.set()`是否匹配`ThreadLocal.remove()`,尤其是在异常处理分支中[^3]。 #### 三、解决方案 1. **强制清理机制** ```java try { threadLocal.set(data); // 业务逻辑 } finally { threadLocal.remove(); // 必须执行清理[^2] } ``` 2. **使用static修饰符** 将ThreadLocal声明为`public static`,减少实例数量,但需配合`remove()`使用。 3. **Java 8+的优化** - `cleanSomeSlots()`方法在`set()`/`get()`时自动清理相邻无效Entry[^1]。 - `expungeStaleEntry()`在扩容时触发全量清理。 4. **替代方案** - 对线程池任务,改用`InheritableThreadLocal`并重置数据。 - 使用框架级解决方案(如Spring的`RequestContextHolder`)。 #### 四、预防措施 1. **编码规范** - 要求所有ThreadLocal使用必须包含`try-finally`块。 2. **自动化检测** - 集成`FindBugs`或`SonarQube`规则,标记未配对的`set()`/`remove()`。 3. **线程池定制** ```java ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(...) { protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { threadLocal.remove(); } }; ```
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