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什么是ThreadLocal ?

技术杂谈 勤劳的小蚂蚁 2个月前 (02-09) 59次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

前言

在面试环节中,考察”ThreadLocal”也是面试官的家常便饭,所以对它理解透彻,是非常有必要的.
有些面试官会开门见山的提问:
  • “知道ThreadLocal吗?”
  • “讲讲你对ThreadLocal的理解”
当然了,也有面试官会慢慢引导到这个话题上,比如提问“在多线程环境下,如何防止自己的变量被其它线程篡改”,将主动权交给你自己,剩下的靠自己发挥。
那么ThreadLocal可以做什么,在了解它的应用场景之前,我们先看看它的实现原理,只有知道了实现原理,才好判断它是否符合自己的业务场景。

ThreadLocal是什么

首先,它是一个数据结构,有点像HashMap,可以保存”key : value”键值对,但是一个ThreadLocal只能保存一个,并且各个线程的数据互不干扰。
  1. ThreadLocal<String> localName =newThreadLocal();
  2. localName.set("占小狼");
  3. String name = localName.get();
在线程1中初始化了一个ThreadLocal对象localName,并通过set方法,保存了一个值 占小狼,同时在线程1中通过 localName.get()可以拿到之前设置的值,但是如果在线程2中,拿到的将是一个null。
这是为什么,如何实现?不过之前也说了,ThreadLocal保证了各个线程的数据互不干扰。
看看 set(T value)和 get()方法的源码
  1. publicvoidset(T value){
  2.    Thread t =Thread.currentThread();
  3.    ThreadLocalMap map = getMap(t);
  4.    if(map !=null)
  5.        map.set(this, value);
  6.    else
  7.        createMap(t, value);
  8. }
  9. public T get(){
  10.    Thread t =Thread.currentThread();
  11.    ThreadLocalMap map = getMap(t);
  12.    if(map !=null){
  13.        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
  14.        if(e !=null){
  15.            @SuppressWarnings("unchecked")
  16.            T result =(T)e.value;
  17.            return result;
  18.        }
  19.    }
  20.    return setInitialValue();
  21. }
  22. ThreadLocalMap getMap(Thread t){
  23.    return t.threadLocals;
  24. }
可以发现,每个线程中都有一个 ThreadLocalMap数据结构,当执行set方法时,其值是保存在当前线程的 threadLocals变量中,当执行set方法中,是从当前线程的 threadLocals变量获取。
所以在线程1中set的值,对线程2来说是摸不到的,而且在线程2中重新set的话,也不会影响到线程1中的值,保证了线程之间不会相互干扰。
那每个线程中的 ThreadLoalMap究竟是什么?

ThreadLoalMap

本文分析的是1.7的源码。
从名字上看,可以猜到它也是一个类似HashMap的数据结构,但是在ThreadLocal中,并没实现Map接口。
在ThreadLoalMap中,也是初始化一个大小16的Entry数组,Entry对象用来保存每一个key-value键值对,只不过这里的key永远都是ThreadLocal对象,是不是很神奇,通过ThreadLocal对象的set方法,结果把ThreadLocal对象自己当做key,放进了ThreadLoalMap中。
这里需要注意的是,ThreadLoalMap的Entry是继承WeakReference,和HashMap很大的区别是,Entry中没有next字段,所以就不存在链表的情况了。

hash冲突

没有链表结构,那发生hash冲突了怎么办?
先看看ThreadLoalMap中插入一个key-value的实现
  1. privatevoidset(ThreadLocal<?> key,Object value){
  2.    Entry[] tab = table;
  3.    int len = tab.length;
  4.    int i = key.threadLocalHashCode &(len-1);
  5.    for(Entry e = tab[i];
  6.         e !=null;
  7.         e = tab[i = nextIndex(i, len)]){
  8.        ThreadLocal<?> k = e.get();
  9.        if(k == key){
  10.            e.value = value;
  11.            return;
  12.        }
  13.        if(k ==null){
  14.            replaceStaleEntry(key, value, i);
  15.            return;
  16.        }
  17.    }
  18.    tab[i]=newEntry(key, value);
  19.    int sz =++size;
  20.    if(!cleanSomeSlots(i, sz)&& sz >= threshold)
  21.        rehash();
  22. }
每个ThreadLocal对象都有一个hash值 threadLocalHashCode,每初始化一个ThreadLocal对象,hash值就增加一个固定的大小 0x61c88647
在插入过程中,根据ThreadLocal对象的hash值,定位到table中的位置i,过程如下: 1、如果当前位置是空的,那么正好,就初始化一个Entry对象放在位置i上; 2、不巧,位置i已经有Entry对象了,如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key,那么重新设置Entry中的value; 3、很不巧,位置i的Entry对象,和即将设置的key没关系,那么只能找下一个空位置;
这样的话,在get的时候,也会根据ThreadLocal对象的hash值,定位到table中的位置,然后判断该位置Entry对象中的key是否和get的key一致,如果不一致,就判断下一个位置
可以发现,set和get如果冲突严重的话,效率很低,因为ThreadLoalMap是Thread的一个属性,所以即使在自己的代码中控制了设置的元素个数,但还是不能控制其它代码的行为。

内存泄露

ThreadLocal可能导致内存泄漏,为什么? 先看看Entry的实现:
  1. staticclassEntryextendsWeakReference<ThreadLocal<?>>{
  2.    /** The value associated with this ThreadLocal. */
  3.    Object value;
  4.    Entry(ThreadLocal<?> k,Object v){
  5.        super(k);
  6.        value = v;
  7.    }
  8. }
通过之前的分析已经知道,当使用ThreadLocal保存一个value时,会在ThreadLocalMap中的数组插入一个Entry对象,按理说key-value都应该以强引用保存在Entry对象中,但在ThreadLocalMap的实现中,key被保存到了WeakReference对象中。
这就导致了一个问题,ThreadLocal在没有外部强引用时,发生GC时会被回收,如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行,那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收,发生内存泄露。

如何避免内存泄露

既然已经发现有内存泄露的隐患,自然有应对的策略,在调用ThreadLocal的get()、set()可能会清除ThreadLocalMap中key为null的Entry对象,这样对应的value就没有GC Roots可达了,下次GC的时候就可以被回收,当然如果调用remove方法,肯定会删除对应的Entry对象。
如果使用ThreadLocal的set方法之后,没有显示的调用remove方法,就有可能发生内存泄露,所以养成良好的编程习惯十分重要,使用完ThreadLocal之后,记得调用remove方法。
  1. ThreadLocal<String> localName =newThreadLocal();
  2. try{
  3.    localName.set("占小狼");
  4.    // 其它业务逻辑
  5. }finally{
  6.    localName.remove();
  7. }



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