ThreadLocal实现原理以及内存泄漏问题

一、ThreadLocal介绍

     ThreadLocal   线程的局部变量，是一种多线程间并发访问变量的解决方案。

     与synchronized 加锁的方式不同，ThreadLocal完全不提供锁，而使用以空间换时间的手段，为每个线程提供变量的独立副本，以保障线程安全。
     在高并发下或者锁竞争激烈的场景，ThreadLocal可以在一定程度上减少锁竞争。

二、实现原理
     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。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。 
(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。可以通过上述的几个方法实现ThreadLocal中变量的访问，数据设置，初始化以及删除局部变量，那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。
/**
Returns the value in the current thread's copy of this
thread-local variable. If the variable has no value for thecurrent thread, it is first initialized to the value returned by an invocation of the {@link #initialValue} method.
@return the current thread's value of this thread-local
*/
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();//当前线程
ThreadLocalMap map = getMap(t);//获取当前线程对应的ThreadLocalMap
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);//获取对应ThreadLocal的变量值
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();//若当前线程还未创建ThreadLocalMap，则返回调用此方法并在其中调用createMap方法进行创建并返回初始值。
}
//设置变量的值
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
/**
为当前线程创建一个ThreadLocalMap的threadlocals,并将第一个值存入到当前map中
@param t the current thread
@param firstValue value for the initial entry of the map
*/
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
//删除当前线程中ThreadLocalMap对应的ThreadLocal
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}static class ThreadLocalMap {
//map中的每个节点Entry,其键key是ThreadLocal并且还是弱引用，这也导致了后续会产生内存泄漏问题的原因。
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
/**
* 初始化容量为16，以为对其扩充也必须是2的指数
*/
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* 真正用于存储线程的每个ThreadLocal的数组，将ThreadLocal和其对应的值包装为一个Entry。
*/
private Entry[] table;

///....其他的方法和操作都和map的类似
}三、 内存泄露问题
    


     在上面提到过，每个thread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thread结束以后, 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。其实这是一个对概念理解的不一致，也没什么好争论的。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。