ThreadLocal详解

ThreadLocal很容易让人望文生义，认为是一个本地线程，其实不然，ThreadLocal是Thread的一个局部变量，TheradLocal本身是一个类，是用于解决多线程并发访问问题。它为每一个线程提供了变量副本，使得每个线程在同一时刻访问到的并非同一个对象，从而隔离了多个线程对数据的共享。

1.不使用ThreadLocal，变量共享

这个例子很简单，就是开启5个线程，对一个变量进行++操作，当这个变量是一个普通Integer类型时，线程共享这个变量，运行结果如下：

2.使用ThreadLocal，变量隔离，每个线程有自己专属的本地变量

而当我们使用ThreadLocal时，是为每个线程提供了一个变量的副本

其运行结果如下：

3.ThreadLocal类结构

我们先来看下ThreadLocal这个类，部分源码如下：

ThreadLocal有一个内部内ThreadLocalMap，ThreadLocalMap中有一个Entry类型的数组，而这个Entry是一个key，value类型的，key是ThreadLocal本身，value就是Threadlocal携带的值。每个Thread都持有一个ThreadlLocalMap，通过ThreadLocal来维护这个ThreadLocalMap，向map中设置和获取变量副本。

4.源码分析

4.1initialValue()方法

返回当前线程局部变量的初始值，是一个protected修饰的方法，可以用来重写，上述例子用重写该方法设置初始值为0.

    protected T initialValue() {
        return null;
    }

4.2get()方法

　　public T get() {
　　　　　//获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
　　　　　//获取当前线程所持有的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
　　　　　//不为空
        if (map != null) {
　　　　　　　//获取以当前ThreadLocal为key的Entry
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
　　　　　　　　　 //获取Entry中的value值并返回
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
　　　　　//设置初始值
        return setInitialValue();
    }

getMap(t)方法，获取当前线程所持有的ThreadLocalMap

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

getEntry(this)方法，获取以当前ThreadLocal为key的Entry，然后通过Entry.value获取变量副本

　　private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
　　　　//计算以当前ThreadLocal为key的Entry在数组中的位置
       int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
       Entry e = table[i];
　　　　//数组中该位置的Entry不为空且key相等则返回此Entry
       if (e != null && e.get() == key)
            return e;
       else
　　　　　　　//为空则返回null
            return getEntryAfterMiss(key, i, e);
　　}

setInitiaValue()方法，获取当前线程所持有的ThreadLocalMap，map为空就创建，不为空就设置初始值，然后返回初始值，如果没重写initialValue()方法，则初始值为null，否则就是重写的方法中返回的值

    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;
    }

get方法就是获取当前线程，根据当前线程获取其所持有的ThreadLocalMap，然后以当前ThreadLocal为key从ThreadlocalMap获取Entry，再从Entry获取值返回。

4.3set()方法，获取当前线程持有的ThreadLocalMap，往map中存储值

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
　　　　　//获取当前线程所持的ThreadLocalMap，把value设置到到以当前ThreadLocal为Key的Entry中
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

调用ThreadLocalMap的set()方法，根据key计算位置，把值存储在对应位置的Entry中

    　　private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            // We don't use a fast path as with get() because it is at
            // least as common to use set() to create new entries as
            // it is to replace existing ones, in which case, a fast
            // path would fail more often than not.

            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
　　　　　　　//计算位置
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
　　　　　　　//使用线程探测发查找元素
            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
　　　　　　　　　 //key存在，则覆盖原有的值
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
　　　　　　　　　 //key为null，但是存在Entry，表示原本的ThreadLocal已经被回收，这是一个旧的Entry，使用新的Entry进行替换
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
　　　　　　　//key不存在且对应位置没有Entry，那么就创建一个新的Entry
            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

set方法就是获取当前线程，根据当前线程获取其所持有的ThreadLocalMap，如果map为空就创建，不为空，则通过当前ThreadLocal为key计算位置，把值放入对应位置的Entry中。

5.使用场景

1.数据传递：通过ThreadLocal在同一个线程，不同的组件的传递数据，避免传参带来的耦合。

2.线程隔离：使得每个线程都有一个变量的副本，在并发中使用这个变量也相互独立，互不影响。

spring的事务就是使用的ThreadLocal，spring从数据库连接池中获取一个Connection，然后把Connection放入ThreadLocal中与线程绑定，来保证service层和dao层使用的是用一个connection。

6.内存泄漏

Threadlocal虽然好用，然后如果用的不好，可能会导致内存泄漏。我们在回归到ThreadLocalMap的结构

可以看到ThreadLocalMap中的Entry使用ThreadLocal的弱引用作为key，弱引用：弱引用的对象发生gc时就会被回收。例

以上述代码为例，创建一个线程池，线程数量为5，使用线程池执行100个任务，任务所做的事就是使用ThreadLocal携带一个LocalVariable对象，这个对象就是创建一个5M大小的数组。对上述代码进行内存分析。

从代码可以得到上图，以一个线程为例，栈中有一个Threadlocal的引用，一个当前线程的引用，而这个线程持有一个ThreadLcalMap对象，map中又有一个Entry的数组，数组中有一个Entry，这个Entry的key是ThreadLocal的弱引用，value是一个LocalVaribale对象，对象中含有一个5M大小的数组。栈内存是线程私有的，堆内存是线程共享的，方法的调用就是一个入栈、出栈的过程(这个涉及JVM的知识)，随着方法的调用完成，栈中的东西就可以释放，所以当我们的run()方法运行完，栈中指向堆内存中ThreadLocal对象的引用可能就断掉了，那么这个时候堆内存中的ThreadLocal对象就没有了强引用，只有一个ThreadLocal的弱引用，在下一次gc的时候ThreaLocal对象就会被回收，那么这个时候Entry中key就为null了，而我们的当前线程仍在运行，执行下一个任务，所以Entry的强引就一直存在，那么这个Entry对象、value不会被回收，而这个value是通过Entry来获取，而Entry又需要通过这个key来获取，而这个时候的key为了null，所以这个value值就永远都获取不到，于是就可能造成了内存泄漏。

通过分析可以知道内存泄漏的是原因是因为key为nul，导致vlaue无法被访问，同时也没有回收，而key为null的原因是因为它是一个弱引用。但其实弱引用不是导致内存泄漏的原因，这个弱引用其实是用来避免内存泄漏的，为什么这么说呢？如果这个key是一个强引用，value是可以被访问到，但是ThreadLocal对象则一直存在一个强引用，线程不结束，那么这个对象就永远不会被回收，那么一定会内存泄漏，而使用弱引用的话，这个ThreadLocal对象肯定会被回收，而value其实是可能会被回收的，大腿们早就考虑这个情况，所以在set、get方法中在某些情况下会调用expungeStaleEntry()方法，这个方法就是会把key为null的Entry置为空，而remove方法则一定会调用expungeStaleEntry()方法，所以避免内存泄漏的方法就是在使用完ThredLocal后，调用remove()方方法。所以导致内存泄漏的根本原因ThreadLocalMap的生命周期和Thread一样长，如果不手动调用remove方法，删除key为null的Entry，那么就可能会导致内存泄漏，而不是因为弱引用。

posted @ 2021-08-01 21:48 福福猿阅读(176) 评论(0) 收藏举报

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