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ThreadLocal使用,应用场景,源码实现,内存泄漏

2014-07-31 10:41  Loull  阅读(6658)  评论(0编辑  收藏  举报

首先,ThreadLocal 不是用来解决共享对象的多线程访问问题的,一般情况下,通过ThreadLocal.set() 到线程中的对象是该线程自己使用的对象,其他线程是不需要访问的,也访问不到的。各个线程中访问的是不同的对象。 

另外,说ThreadLocal使得各线程能够保持各自独立的一个对象,并不是通过ThreadLocal.set()来实现的,而是通过每个线程中的new 对象 的操作来创建的对象,每个线程创建一个,不是什么对象的拷贝或副本。通过ThreadLocal.set()将这个新创建的对象的引用保存到各线程的自己的一个map中,每个线程都有这样一个map,执行ThreadLocal.get()时,各线程从自己的map中取出放进去的对象,因此取出来的是各自自己线程中的对象,ThreadLocal实例是作为map的key来使用的。 

如果ThreadLocal.set()进去的东西本来就是多个线程共享的同一个对象,那么多个线程的ThreadLocal.get()取得的还是这个共享对象本身,还是有并发访问问题。 

下面来看一个hibernate中典型的ThreadLocal的应用: 

    private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();

    public static Session getSession() throws InfrastructureException {
        Session s = (Session) threadSession.get();
        try {
            if (s == null) {
                s = getSessionFactory().openSession();
                threadSession.set(s);
            }
        } catch (HibernateException ex) {
            throw new InfrastructureException(ex);
        }
        return s;
    }

可以看到在getSession()方法中,首先判断当前线程中有没有放进去session,如果还没有,那么通过sessionFactory().openSession()来创建一个session,再将session set到线程中,实际是放到当前线程的ThreadLocalMap这个map中,这时,对于这个session的唯一引用就是当前线程中的那个ThreadLocalMap(下面会讲到),而threadSession作为这个值的key,要取得这个session可以通过threadSession.get()来得到,里面执行的操作实际是先取得当前线程中的ThreadLocalMap,然后将threadSession作为key将对应的值取出。这个session相当于线程的私有变量,而不是public的。 

试想如果不用ThreadLocal怎么来实现呢?可能就要在action中创建session,然后把session一个个传到service和dao中,这可够麻烦的。或者可以自己定义一个静态的map,将当前thread作为key,创建的session作为值,put到map中,应该也行,这也是一般人的想法,但事实上,ThreadLocal的实现刚好相反,它是在每个线程中有一个map,而将ThreadLocal实例作为key,这样每个map中的项数很少,而且当线程销毁时相应的东西也一起销毁了,不知道除了这些还有什么其他的好处。 

 

总之,ThreadLocal不是用来解决对象共享访问问题的,而主要是提供了保持对象的方法和避免参数传递的方便的对象访问方式。归纳了两点: 
1。每个线程中都有一个自己的ThreadLocalMap类对象,可以将线程自己的对象保持到其中,各管各的,线程可以正确的访问到自己的对象。 
2。将一个共用的ThreadLocal静态实例作为key,将不同对象的引用保存到不同线程的ThreadLocalMap中,然后在线程执行的各处通过这个静态ThreadLocal实例的get()方法取得自己线程保存的那个对象,避免了将这个对象作为参数传递的麻烦。

 

当然如果要把本来线程共享的对象通过ThreadLocal.set()放到线程中也可以,可以实现避免参数传递的访问方式,但是要注意get()到的是那同一个共享对象,并发访问问题要靠其他手段来解决。但一般来说线程共享的对象通过设置为某类的静态变量就可以实现方便的访问了,似乎没必要放到线程中。 

ThreadLocal的应用场合,我觉得最适合的是按线程多实例(每个线程对应一个实例)的对象的访问,并且这个对象很多地方都要用到。 

 

当然ThreadLocal并不能替代同步机制,两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问,是为了多个线程之间进行通信的有效方式;而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享,从根本上就不在多个线程之间共享资源(变量),这样当然不需要对多个线程进行同步了。所以,如果你需要进行多个线程之间进行通信,则使用同步机制;如果需要隔离多个线程之间的共享冲突,可以使用ThreadLocal,这将极大地简化我们的程序,使程序更加易读、简洁。ThreadLocal类为各线程提供了存放局部变量的场所。 

 

JDK中ThreadLocal的实现:

并非在ThreadLocal中有一个Map,而是在每个Thread中存在这样一个Map,具体是ThreadLocal.ThreadLocalMap。当用set时候,往当前线程里面的Map里 put 的key是当前的ThreadLocal对象。而不是把当前Thread作为Key值put到ThreadLocal中的Map里。 

public class ThreadLocal<T> {
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
    private static int nextHashCode = 0;
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private static synchronized int nextHashCode() { int h = nextHashCode; nextHashCode = h + HASH_INCREMENT; return h; }
public ThreadLocal() { } public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) return (T)map.get(this); // Maps are constructed lazily. if the map for this thread // doesn't exist, create it, with this ThreadLocal and its // initial value as its only entry. T value = initialValue(); createMap(t, value); return value; } public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); } ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; } void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); } .......
static class ThreadLocalMap {   ........ } }

 

 

 

ThreadLocal内存泄漏:

每个Thread实例都具备一个ThreadLocal的map,以ThreadLocal Instance为key,以绑定的Object为Value。而这个map不是普通的map,它是在ThreadLocal中定义的,它和普通map的最大区别就是它的Entry是针对ThreadLocal弱引用的,即当外部ThreadLocal引用为空时,map就可以把ThreadLocal交给GC回收,从而得到一个null的key。 

这个threadlocal内部的map在Thread实例内部维护了ThreadLocal Instance和bind value之间的关系,这个map有threshold,当超过threshold时,map会首先检查内部的ThreadLocal(前文说过,map是弱引用可以释放)是否为null,如果存在null,那么释放引用给gc,这样保留了位置给新的线程。如果不存在slate threadlocal,那么double threshold。除此之外,还有两个机会释放掉已经废弃的threadlocal占用的内存,一是当hash算法得到的table index刚好是一个null key的threadlocal时,直接用新的threadlocal替换掉已经废弃的。另外每次在map中新建一个entry时(即没有和用过的或未清理的entry命中时),会调用cleanSomeSlots来遍历清理空间。此外,当Thread本身销毁时,这个map也一定被销毁了(map在Thread之内),这样内部所有绑定到该线程的ThreadLocal的Object Value因为没有引用继续保持,所以被销毁。 

从上可以看出Java已经充分考虑了时间和空间的权衡,但是因为置为null的threadlocal对应的Object Value无法及时回收。map只有到达threshold时或添加entry时才做检查,不似gc是定时检查,不过我们可以手工轮询检查,显式调用map的remove方法,及时的清理废弃的threadlocal内存。需要说明的是,只要不往不用的threadlocal中放入大量数据,问题不大,毕竟还有回收的机制。 

综上,废弃threadlocal占用的内存会在3中情况下清理: 
1 thread结束,那么与之相关的threadlocal value会被清理 
2 GC后,thread.threadlocals(map) threshold超过最大值时,会清理 
3 GC后,thread.threadlocals(map) 添加新的Entry时,hash算法没有命中既有Entry时,会清理 
那么何时会“内存泄露”?当Thread长时间不结束,存在大量废弃的ThreadLocal,而又不再添加新的ThreadLocal(或新添加的ThreadLocal恰好和一个废弃ThreadLocal在map中命中)时。