ThreadLocal详解

时间:2020-09-16
本文章向大家介绍ThreadLocal详解,主要包括ThreadLocal详解使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。

一、简介

  ThreadLocal 是JDK提供的一个操作线程本地变量的工具,填充的数据隶属于当前操作线程栈,变量数据相对于其他线程是不可见的,起到数据隔离的作用,规避线程安全问题。

  一个简单的代码示例如下:

public class ThreadLocalTest {

public static void main(String[] args) throws Exception{
ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
Thread.currentThread().setName("main-test");
threadLocal.set("123");
System.out.println("one:" + threadLocal.get());
}
}

二、原理

  1、结构

 Thread 中定义两个类型均为 ThreadLocalMap 的变量 threadLocals(独占) 和 inherittableThreadLocals(可共享),主要用于存储线程本地变量。ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的静态内部类,类似于Map的 KV 存储结构。ThreadLocal 可以理解为操作线程本地变量的工具,通过 set 方法将 value 添加到 threadLocals 中去,通过 get 方法可以去获取当前线程变量中的 threadLocals 值。如果需要移除值,则调用 remove 方法。

2、源码

  2.1、set
public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread(); //获取当前线程对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t); //获取当前线程的threadLocals
        if (map != null)
            map.set(this, value); //如果 threadLocals 非空,添加 threadLocals 值,key为当前 ThreadLocal实例对象,value为传入的待设值
        else
            createMap(t, value); //如果 threadLocals 为空, 则进行创建初始化操作
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals; } void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); //创建初始化,key为当前 ThreadLocal 实例对象 }
  2.2、get
public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread(); //获取当前线程对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t); //获取threadLocals
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); // threadLocals非空,以当前 ThreadLocal的实例对象为key在查找map中
            if (e != null) {  //有值获取返回
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue(); //没有获取到值,则进行初始化操作
}

private T setInitialValue() {
    T value = initialValue(); //初始 value
    Thread t = Thread.currentThread(); //当前操作线程
    ThreadLocalMap map = getMap(t); //获取threadLocals
    if (map != null)
        map.set(this, value); //不为null,直接设值
    else
        createMap(t, value); //为null,创建初始化
    return value; //返回初始化创建的 value,即为null
}
protected T initialValue() {
    return null;
}
  2.3、remove
public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); //根据当前线程对象,获取 threadLocals
         if (m != null)
             m.remove(this); //不为空,以当前 ThreadLocal 实例对象为 key 去删除 threadLocals 中相应的值 
}
  2.4、ThreadLocal.ThreadLocalMap
static class ThreadLocalMap {

 static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
}

  (1)ThreadLocalMap 类似于Map的 KV存储,只有基本的数组结构,并没有链表或者红黑树去解决hash冲突问题,发生冲突的时候,如果同一个 ThreadLocal,则进行覆盖作业。如果不同的话,则顺次的往后查找可存储的空间。

    

  (2)key设计为弱引用结构,在 ThreadLocal 没有外部强引用的时候,只要发生GC回收,则会被资源回收掉,避免一定的内存泄漏。Java的对象引用可查看 https://www.cnblogs.com/eric-fang/p/10310399.html

3、问题

  ThreadLocal 在保存的时候将自己当做 key 存在 ThreadLocalMap 中,并被设计成WeakReference弱引用,当 ThreadLocal 没有外部的强引用的时候,会被GC资源回收,这时候创建线程依旧存活运行的话,Entry 中 value就一直不可回收,产生内存泄漏问题。比如在使用线程池的时候,因为线程的回收再利用,之前设置的 value 就可能一直得不到释放回收,一直占据内存资源。

  下面上实验对象:

  (1)程序断点

  

   (2)堆栈

  

   (3) 解决

    线程使用完毕,清理 threadLocals,调用ThreadLocal.remove()

4、共享 inheritTableThreadLocals

    上面说明的是线程独占的threadLocals,使用看起来简单明了。JDK也提供了父子线程共享的 inheritTableThreadLocals,用于在线程间共享资源。

   4.1、示例

public class ThreadLocalTest3 {
    public static void main(String[] args) {

        Thread.currentThread().setName("main-test");

        ThreadLocal threadLocal = new InheritableThreadLocal();
        threadLocal.set("123");

        new Thread(() -> {
            System.out.println(threadLocal.get());
        }).start();
    }
}

   4.2、原理

  

 

   截取 Thread 初始化最关键部分的代码,通过new Thread(Runnable target) 创建对象的时候,init 最终会执行到上图中的代码中位置,标志位 inheritThreadLocals 为 true,parent 为父线程,当父线程的inheritableThreadLocals变量非空的时候,将父线程的 inheritableThreadLocals 塞给当前线程的inheritableThreadLocals变量,完成线程间的数据传递。

 

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