类ThreadLocal的使用及详解

类ThreadLocal的使用:

   变量值的共享可以使用public static变量的形式,所有的线程都使用同一个public static变量。如果想实现每一个线程都有自己的共享变量,那就可以使用ThreadLocal类。

   类ThreadLocal主要解决的就是每个线程绑定自己的值,可以将ThreadLocal类比喻成全局存放数据的盒子,盒子中可以存储每个线程的私有数据。


ThreadLocal详解:

ThreadLocal定义了四个方法:

get():返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。

initialValue():返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。

remove():移除此线程局部变量当前线程的值。

set(T value):将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。

除了这四个方法,ThreadLocal内部还有一个静态内部类ThreadLocalMap,该内部类才是实现线程隔离机制的关键,get()、set()、remove()都是基于该内部类操作。ThreadLocalMap提供了一种用键值对方式存储每一个线程的变量副本的方法,key为当前ThreadLocal对象,value则是对应线程的变量副本。

对于ThreadLocal需要注意的有两点:

ThreadLocal实例本身是不存储值,它只是提供了一个在当前线程中找到副本值得key。

是ThreadLocal包含在Thread中,而不是Thread包含在ThreadLocal中,有些小伙伴会弄错他们的关系。


set方法:

set方法

上述代码可以看出set()方法会先当前线程Thread,之后取出它的成员变量ThreadLocalMap,如果ThreadLocalMap存在,那么进行KEY/VALUE设置,KEY就是ThreadLocal。如果ThreadLocalMap没有,那么创建一个。说白了,当前线程中存在一个Map变量,KEY是ThreadLocal,VALUE是你设置的值。

可以看出map.set(this,value)中this指代ThreadLocal,而value就是你设置的值

get方法:


get

这里其实揭示了ThreadLocalMap里面的数据存储结构,从上面的代码来看,ThreadLocalMap中存放的就是Entry,Entry的KEY就是ThreadLocal,VALUE就是值。


private void set(ThreadLocal key, Object value){ 

 ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] tab = table;

intlen = tab.length;// 根据 ThreadLocal 的散列值,查找对应元素在数组中的位置

inti = key.threadLocalHashCode & (len-1);// 采用“线性探测法”,寻找合适位置for(ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry e = tab[i]; 

 e !=null; 

 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { 

 ThreadLocal k = e.get();// key 存在,直接覆盖

if(k == key) { e.value = value;return; }// key == null,但是存在值(因为此处的e != null),说明之前的ThreadLocal对象已经被回收了

if(k ==null) {// 用新元素替换陈旧的元素replaceStaleEntry(key, value, i);return;

 } }// ThreadLocal对应的key实例不存在也没有陈旧元素,new 一个tab[i] =newThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry(key, value);

intsz = ++size;// cleanSomeSlots 清楚陈旧的Entry(key == null)// 如果没有清理陈旧的 Entry 并且数组中的元素大于了阈值,则进行 rehashif(!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) rehash(); }

这个set()操作和我们在集合了解的put()方式有点儿不一样,虽然他们都是key-value结构,不同在于他们解决散列冲突的方式不同。集合Map的put()采用的是拉链法,而ThreadLocalMap的set()则是采用开放定址法

除此之外set()和get()方法还有一个重要的作用就是清楚key为null的entry。

ThreadLocal的内存泄漏问题:

1.ThreadLocal为什么会存在内存泄漏问题?

再来看一下这个图


示意图

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key,如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它,那么系统 GC 的时候,这个ThreadLocal势必会被回收,这样一来,ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry,就没有办法访问这些key为null的Entry的value,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。

其实,ThreadLocalMap的设计中已经考虑到这种情况,也加上了一些防护措施:在ThreadLocal的get(),set(),remove()的时候都会清除线程ThreadLocalMap里所有key为null的value。

2.那么使用了弱引用后还会存在?

a>使用static的ThreadLocal,延长了ThreadLocal的生命周期,可能导致的内存泄漏

b>分配使用了ThreadLocal又不再调用get(),set(),remove()方法,那么就会导致内存泄漏。

3.为什么使用弱引用?

弱引用是对一个对象(称为referent)的引用的持有者。使用弱引用后,可以维持对 referent 的引用,而不会阻止它被垃圾收集。当垃圾收集器跟踪堆的时候,如果对一个对象的引用只有弱引用,那么这个 referent 就会成为垃圾收集的候选对象,就像没有任何剩余的引用一样,而且所有剩余的弱引用都被清除

   下面我们分两种情况讨论:

a>key 使用强引用:引用的ThreadLocal的对象被回收了,但是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。

b>key 使用弱引用:引用的ThreadLocal的对象被回收了,由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用,即使没有手动删除,ThreadLocal也会被回收。value在下一次ThreadLocalMap调用set,get,remove的时候会被清除。

比较两种情况,我们可以发现:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread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。

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