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对ThreadLocal实现原理的一点思考

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张丰哲
2017.08.04 07:19* 字数 1117

前言

《透彻理解Spring事务设计思想之手写实现》中,已经向大家揭示了Spring就是利用ThreadLocal来实现一个线程中的Connection是同一个,从而保证了事务。本篇博客将带大家来深入分析ThreadLocal的实现原理。


ThreadLocal是什么、有什么、能做什么?

ThreadLocal提供一个线程(Thread)局部变量,访问到某个变量的每一个线程都拥有自己的局部变量。说白了,ThreadLocal就是想在多线程环境下去保证成员变量的安全。

ThreadLocal提供的方法

ThreadLocal API

对于ThreadLocal而言,常用的方法,就是get/set/initialValue方法。

我们先来看一个例子

demo

运行结果

是你想象中的结果么?

很显然,在这里,并没有通过ThreadLocal达到线程隔离的机制,可是ThreadLocal不是保证线程安全的么?这是什么鬼?

虽然,ThreadLocal让访问某个变量的线程都拥有自己的局部变量,但是如果这个局部变量都指向同一个对象呢?这个时候ThreadLocal就失效了。仔细观察下图中的代码,你会发现,threadLocal在初始化时返回的都是同一个对象a!


看一看ThreadLocal源码

我们直接看最常用的set操作:

set


线程局部变量


createMap

你会看到,set需要首先获得当前线程对象Thread;

然后取出当前线程对象的成员变量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。

看一下get操作:

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。

ThreadLocalMap.Entry:

弱引用?

在JAVA里面,存在强引用、弱引用、软引用、虚引用。这里主要谈一下强引用和弱引用。

强引用,就不必说了,类似于:

A a = new A();

B b = new B();

考虑这样的情况:

C c = new C(b);

b = null;

考虑下GC的情况。要知道b被置为null,那么是否意味着一段时间后GC工作可以回收b所分配的内存空间呢?答案是否定的,因为即便b被置为null,但是c仍然持有对b的引用,而且还是强引用,所以GC不会回收b原先所分配的空间!既不能回收利用,又不能使用,这就造成了内存泄露

那么如何处理呢?

可以c = null;也可以使用弱引用!(WeakReference w = new WeakReference(b);)

分析到这里,我们可以得到:

内存结构图

这里我们思考一个问题:ThreadLocal使用到了弱引用,是否意味着不会存在内存泄露呢?

首先来说,如果把ThreadLocal置为null,那么意味着Heap中的ThreadLocal实例不在有强引用指向,只有弱引用存在,因此GC是可以回收这部分空间的,也就是key是可以回收的。但是value却存在一条从Current Thread过来的强引用链。因此只有当Current Thread销毁时,value才能得到释放。

因此,只要这个线程对象被gc回收,就不会出现内存泄露,但在threadLocal设为null和线程结束这段时间内不会被回收的,就发生了我们认为的内存泄露。最要命的是线程对象不被回收的情况,比如使用线程池的时候,线程结束是不会销毁的,再次使用的,就可能出现内存泄露。

那么如何有效的避免呢?

事实上,在ThreadLocalMap中的set/getEntry方法中,会对key为null(也即是ThreadLocal为null)进行判断,如果为null的话,那么是会对value置为null的。我们也可以通过调用ThreadLocal的remove方法进行释放!


好了,到这里,ThreadLocal的剖析就完成了,自己对ThreadLocal的认识又深入了些,^_^

日记本
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