ThreadLocal
前言
在分析ThreadLocal导致的内存泄露前，需要普及了解一下内存泄露、强引用与弱引用以及GC回收机制，这样才能更好的分析为什么ThreadLocal会导致内存泄露呢？更重要的是知道该如何避免这样情况发生，增强系统的健壮性。
内存泄露
内存泄露为程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内存泄露危害可以忽略，但内存泄露堆积后果很严重，无论多少内存,迟早会被占光，
广义并通俗的说，就是：不再会被使用的对象或者变量占用的内存不能被回收，就是内存泄露。
强引用与弱引用
强引用，使用最普遍的引用，一个对象具有强引用，不会被垃圾回收器回收。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不回收这种对象。
如果想取消强引用和某个对象之间的关联，可以显式地将引用赋值为null，这样可以使JVM在合适的时间就会回收该对象。
弱引用，JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。可以在缓存中使用弱引用。
GC回收机制-如何找到需要回收的对象
JVM如何找到需要回收的对象，方式有两种：
Ø 引用计数法：每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收，
Ø 可达性分析法：从 GC Roots 开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，那么虚拟机就判断是可回收对象。
注意：引用计数法，可能会出现A 引用了 B，B 又引用了 A，这时候就算他们都不再使用了，但因为相互引用 计数器=1 永远无法被回收。
ThreadLocal的内存泄露分析
先从前言的了解了一些概念，接下来开始正式的来理解ThreadLocal导致的内存泄露的解析。
源码：
| static class ThreadLocalMap { static class Entry extends WeakReference /* The value associated with this ThreadLocal. / Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { super(k); value = v; } } … } |
|---|
ThreadLocal的实现原理，每一个Thread维护一个ThreadLocalMap，key为使用弱引用的ThreadLocal实例，value为线程变量的副本。这些对象之间的引用关系如下：
.
实心箭头表示强引用，空心箭头表示弱引用
ThreadLocal 内存泄漏的原因
从上图中可以看出，hreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal不存在外部强引用时，Key(ThreadLocal)势必会被GC回收，这样就会导致ThreadLocalMap中key为null， 而value还存在着强引用，只有thead线程退出以后,value的强引用链条才会断掉。
但如果当前线程再迟迟不结束的话，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：
Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value
永远无法回收，造成内存泄漏。
那为什么使用弱引用而不是强引用？
key 使用强引用
当hreadLocalMap的key为强引用回收ThreadLocal时，因为ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用，如果没有手动删除，ThreadLocal不会被回收，导致Entry内存泄漏。
key 使用弱引用
当ThreadLocalMap的key为弱引用回收ThreadLocal时，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使没有手动删除，ThreadLocal也会被回收。当key为null，在下一次ThreadLocalMap调用set(),get()，remove()方法的时候会被清除value值。
ThreadLocalMap的remove()分析
| private void remove(ThreadLocal<?> key) { //使用hash方式，计算当前ThreadLocal变量所在table数组位置 Entry[] tab = table; int len = tab.length; int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); //再次循环判断是否在为ThreadLocal变量所在table数组位置 for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { if (e.get() == key) { //调用WeakReference的clear方法清除对ThreadLocal的弱引用 e.clear(); //清理key为null的元素 expungeStaleEntry(i); return; } } } |
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再看看清理key为null的元素expungeStaleEntry(i):
| private int expungeStaleEntry(int staleSlot) { Entry[] tab = table; int len = tab.length; // 根据强引用的取消强引用关联规则，将value显式地设置成null，去除引用 tab[staleSlot].value = null; tab[staleSlot] = null; size—; // 重新hash，并对table中key为null进行处理 Entry e; int i; for (i = nextIndex(staleSlot, len); (e = tab[i]) != null; i = nextIndex(i, len)) { ThreadLocal<?> k = e.get(); //对table中key为null进行处理,将value设置为null，清除value的引用 if (k == null) { e.value = null; tab[i] = null; size—; } else { int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1); if (h != i) { tab[i] = null; while (tab[h] != null) h = nextIndex(h, len); tab[h] = e; } } } return i; } |
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总结
由于Thread中包含变量ThreadLocalMap，因此ThreadLocalMap与Thread的生命周期是一样长，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。
因此，ThreadLocal内存泄漏的根源是：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏，而不是因为弱引用。
ThreadLocal正确的使用方法（重要）
Ø 每次使用完ThreadLocal都调用它的remove()方法清除数据
Ø 将ThreadLocal变量定义成private static，这样就一直存在ThreadLocal的强引用，也就能保证任何时候都能通过ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，进而清除掉 。
Java的四种引用—强软弱虚
概述
在JDK1.2以前的版本中，当一个对象不被任何变量引用，那么程序就无法再使用这个对象。也就是说，只有对象处于可触及状态，程序才能使用它。这 就像在日常生活中，从商店购买了某样物品后，如果有用，就一直保留它，否则就把它扔到垃圾箱，由清洁工人收走。一般说来，如果物品已经被扔到垃圾箱，想再 把它捡回来使用就不可能了。
但有时候情况并不这么简单，你可能会遇到类似鸡肋一样的物品，食之无味，弃之可惜。这种物品现在已经无用了，保留它会占空间，但是立刻扔掉它也不划算，因为也许将来还会派用场。对于这样的可有可无的物品，一种折衷的处理办法是：如果家里空间足够，就先把它保留在家里，如果家里空间不够，即使把家里所有的垃圾清除，还是无法容纳那些必不可少的生活用品，那么再扔掉这些可有可无的物品。
从JDK1.2版本开始，把对象的引用分为四种级别，从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这四种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用和虚引用。
强引用
平时我们编程的时候例如：Object object=new Object（）；那object就是一个强引用了。如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它。当内存空 间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。
| Object obj = new Object(); //只要obj还指向Object对象，Object对象就不会被回收 obj = null; //手动置null |
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软引用（SoftReference）
如果一个对象只具有软引用，那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。 软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。
| SoftReference // res里面的byte数组是软引用。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内 // 存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没// 有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。 |
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在 JDK1.2 之后，用java.lang.ref.SoftReference类来表示软引用。
使用场景：这种特性常常被用来实现缓存技术，比如网页缓存，图片缓存等。
弱引用（WeakReference）
具有弱引用的对象拥有的生命周期更短暂。因为当 JVM 进行垃圾回收，一旦发现弱引用对象，无论当前内存空间是否充足，都会将弱引用回收。不过由于垃圾回收器是一个优先级较低的线程，所以并不一定能迅速发现弱引用对象。
在 JDK1.2 之后，用 java.lang.ref.WeakReference 来表示弱引用。
| WeakReference |
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只要GC，就会被回收。
用途： 如：ThreadLocal。
如果一个对象只具有弱引用，那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程， 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。 弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。
使用场景：
在静态内部类中，经常会使用虚引用。例如：一个类发送网络请求，承担 callback 的静态内部类，则常以虚引用的方式来保存外部类的引用，当外部类需要被 JVM 回收时，不会因为网络请求没有及时回应，引起内存泄漏。
5、虚引用（PhantomReference）
“虚引用”顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。 虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。
在 JDK1.2 之后，用 PhantomReference 类来表示。
| ReferenceQueue |
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虚引用的m.get()永远无法得到对象，永远都是null。
用途： 虚引用的唯一作用是管理堆外内存，因为JVM无法直接清理堆外内存，所以提供一个虚引用，交给垃圾回收器的回收队列，这个队列就是用来标记哪些堆外内存需要回收，再调用c++释放空间。
jdk中直接内存的回收就用到虚引用，由于jvm自动内存管理的范围是堆内存，而直接内存是在堆内存之外（其实是内存映射文件，自行去理解虚拟内存空间的相关概念），所以直接内存的分配和回收都是有Unsafe类去操作，java在申请一块直接内存之后，会在堆内存分配一个对象保存这个堆外内存的引用，这个对象被垃圾收集器管理，一旦这个对象被回收，相应的用户线程会收到通知并对直接内存进行清理工作。
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