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ThreadLocal源码解析

news 2025/8/12 16:44:27

使用ThreadLocal可以为每个线程维护一个线程变量，使用场景为线程间隔离，线程内方法共享；

原理：

Thread类中有一个实例属性ThreadLocalMap，ThreadLocalMap中存放的是Entry数组，Entry数组是ThreadLocal和Object的键值对；源码如下--

Thread类：

/** ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals;

ThreadLocal->ThreadLocalMap->Entry类：

static class ThreadLocalMap {/*** The entries in this hash map extend WeakReference, using* its main ref field as the key (which is always a* ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()* == null) mean that the key is no longer referenced, so the* entry can be expunged from table.  Such entries are referred to* as "stale entries" in the code that follows.*/static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}

ThreadLocal有一个内部静态类ThreadLocalMap, ThreadLocalMap是一个Entry数组，通过map方法来访问数据，而Entry对key（ThreadLocal实例对象）的引用使用了虚引用；这里导致key可能会在JVM判断oom之前将key回收掉，导致内存泄漏-此时key对应的ThreadLocal对象被回收变成null，而value存在Thread reference->thread->threadlocalMap->entry-value的强引用链，导致无法回收；虽然在ThreadLocal的get和set以及remove方法中实现了检查是否存在key为null并清理value的机制，但是无法避免内存短时间内泄露的问题；

看一下ThreadLocal的set（）和get()方法--

public void set(T value) {set(Thread.currentThread(), value);}private void set(Thread t, T value) {ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {map.set(this, value);} else {createMap(t, value);}}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}

public T get() {return get(Thread.currentThread());}private T get(Thread t) {//获取当前线程的ThreadLocalMapThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) {T result = (T) e.value;return result;}}return setInitialValue(t);}private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {//这里进行map操作和hashmap的原理基本是一样的，hashcode按位与数组长度减一，数组长度默认为16，（2的n次方减一值做按位与相当于取模，保证了散列均衡）int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);Entry e = table[i];if (e != null && e.refersTo(key))return e;elsereturn getEntryAfterMiss(key, i, e);}

所以，ThreadLocal维护为每一个线程维护线程变量副本的原理在于，每个线程对象会创建自己的THreadLocalMap--这里并非主动创建，而是调用THreadLocal的set或者get方法的时候才创建；而ThreadLocalMap则是一个以ThreadLocal实例对象的弱应用为key，Object对象为value的键值对数组，以便每个线程对象存放多个线程变量，而对这个线程变量的访问是通过ThreadLocal对象来操作的，所以说实现线程变量的根本不在于ThreadLocal，而是ThreadLocalMap，而ThreadLocal对象只是访问该线程的ThreadLocalMap的一个入口，由于get(Thread t)和set（Thread t，T value）都是私有方法，通过其他对象无法访问，所以只能通过ThreadLocal对象提供的重载方法get()和set(Object value)来访问，保证了线程变量的安全性---其他线程无法修改另外一个线程的ThreadLocalMap；所以核心是getMap（Thread t）,而这里的线程对象t只能是Thread.currentThread；

另外需要注意的是，对ThreadLocal 保存的线程变量一定要在使用完之后及时remove掉，一个原因是防止内存泄漏，更重要的原因是在线程池场景下，一个请求可能会读取到上一个请求保存的变量内容，从而造成业务逻辑上的BUG，而且这种BUG还是不易排查的；

另外关于内存泄露的问题JDK提供了一些保障,分为启发式清理和探测式清理--

探测式清理--

原理：

删除当前元素；
继续往后遍历，
1. 当key=null的时候，删除value
2. 当key!=null的时候，将因哈希碰撞后移的元素重新放置----ThreadLocalMap中使用了后移解决哈希碰撞

源码：

private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;// 删除当前元素--value置为null，value引用的对象变成了无引用对象，会被回收；，同样的将数组上该位置的Entry对象置空，原来的Entry对象也会被回收掉；tab[staleSlot].value = null;tab[staleSlot] = null;size--;// Rehash until we encounter nullEntry e;int i;//继续遍历for (i = nextIndex(staleSlot, len);(e = tab[i]) != null;i = nextIndex(i, len)) {ThreadLocal<?> k = e.get();//key为空的时候继续删除if (k == null) {e.value = null;tab[i] = null;size--;} else {//key 不为空的时候rehash，重新计算该key的下标---这里需要注意--rehash的结果可能和原来的值是一样的，因为不能完全保证是否产生过哈希碰撞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;}

启发式清理--

往后遍历，如果找到key为null的过期元素，则调用探测式清理--启发式清理可以理解为为探测式清理找到一个清理入口，由探测式清理完成具体的清理工作

private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {boolean removed = false;Entry[] tab = table;int len = tab.length;do {i = nextIndex(i, len);Entry e = tab[i];if (e != null && e.refersTo(null)) {n = len;removed = true;i = expungeStaleEntry(i);}} while ( (n >>>= 1) != 0);return removed;}