ThreadLocal
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ThreadLocal是什么
ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射,各个线程之间的变量互不干扰,在高并发场景下,可以实现无状态的调用,特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。
结构
- 每个Thread线程内部都有一个Map。
- Map里面存储线程本地对象(key)和线程的变量副本(value)
- 但是,Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的,由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值
所以对于不同的线程,每次获取副本值时,别的线程并不能获取到当前线程的副本值,形成了副本的隔离,互不干扰。
核心方法
- get()方法用于获取当前线程的副本变量值。
- set()方法用于保存当前线程的副本变量值。
- initialValue()为当前线程初始副本变量值。
- remove()方法移除当前前程的副本变量值。
get()方法
具体步骤:
- 获取当前线程的ThreadLocalMap对象threadLocals
- 从map中获取线程存储的K-V Entry节点。
- 从Entry节点获取存储的Value副本值返回
- map为空的话返回初始值null,即线程变量副本为null,在使用时需要注意判断NullPointerException。
set()方法
具体步骤:
- 获取当前线程的成员变量map
- map非空,则重新将ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
- map空,则对线程的成员变量ThreadLocalMap进行初始化创建,并将ThreadLocal和value副本放入map中。
remove()方法
具体步骤:
- 获取当前线程的成员变量map
- 判断map是否为空,不为空的话移除当前ThreadLocal的键值对
ThreadLocalMap
ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类,没有实现Map接口,用独立的方式实现了Map的功能,其内部的Entry也独立实现。
在ThreadLocalMap中,也是用Entry来保存K-V结构数据的。但是Entry中key只能是ThreadLocal对象,这点被Entry的构造方法已经限定死了。
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
Entry继承自WeakReference(弱引用,生命周期只能存活到下次GC前),但只有Key是弱引用类型的,Value并非弱引用。
Hash冲突怎么解决
和HashMap的最大的不同在于,ThreadLocalMap结构非常简单,没有next引用,也就是说ThreadLocalMap中解决Hash冲突的方式并非链表的方式,而是采用线性探测的方式,所谓线性探测,就是根据初始key的hashcode值确定元素在table数组中的位置,如果发现这个位置上已经有其他key值的元素被占用,则利用固定的算法寻找一定步长的下个位置,依次判断,直至找到能够存放的位置。
ThreadLocalMap解决Hash冲突的方式就是简单的步长加1或减1,寻找下一个相邻的位置。
/**
* Increment i modulo len.
*/
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
/**
* Decrement i modulo len.
*/
private static int prevIndex(int i, int len) {
return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
}
显然ThreadLocalMap采用线性探测的方式解决Hash冲突的效率很低,如果有大量不同的ThreadLocal对象放入map中时发送冲突,或者发生二次冲突,则效率很低
所以这里引出的良好建议是:每个线程只存一个变量,这样的话所有的线程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal,如果一个线程要保存多个变量,就需要创建多个ThreadLocal,多个ThreadLocal放入Map中时会极大的增加Hash冲突的可能。
ThreadLocalMap的问题
由于ThreadLocalMap的key是弱引用,而Value是强引用。这就导致了一个问题,ThreadLocal在没有外部对象强引用时,发生GC时弱引用Key会被回收,而Value不会回收,如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行,那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收,发生内存泄露。
如何避免泄漏
既然Key是弱引用,那么我们要做的事,就是在调用ThreadLocal的get()、set()方法时完成后再调用remove方法,将Entry节点和Map的引用关系移除,这样整个Entry对象在GC Roots分析后就变成不可达了,下次GC的时候就可以被回收。
如果使用ThreadLocal的set方法之后,没有显示的调用remove方法,就有可能发生内存泄露,所以养成良好的编程习惯十分重要,使用完ThreadLocal之后,记得调用remove方法。
总结
- 每个ThreadLocal只能保存一个变量副本,如果想要上线一个线程能够保存多个副本以上,就需要创建多个ThreadLocal。
- ThreadLocal内部的ThreadLocalMap键为弱引用,会有内存泄漏的风险。
- 适用于无状态,副本变量独立后不影响业务逻辑的高并发场景。如果如果业务逻辑强依赖于副本变量,则不适合用ThreadLocal解决,需要另寻解决方案。
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