一、ThreadLocal的核心机制
每个Thread线程内部都有一个Map,Tread类的ThreadLocal.ThreadLocalMap属性
Map里面存储线程本地对象(key也就是当前的ThreadLoacal对象)和线程的变量副本(value)
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
数据结构:
二、ThreadLocal源码分析
ThreadLocal核心方法:
- 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。
内部类 ThreadLocalMap:
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。
ThreadLocalMap的set()方法:
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// 根据 ThreadLocal 的散列值,查找对应元素在数组中的位置
int i = 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] = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry(key, value);
int sz = ++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 rehash
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
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。
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。
get()方法:
步骤:
(1)获取当前线程的ThreadLocalMap对象threadLocals
(2)从map中获取线程存储的K-V Entry节点。
(3)从Entry节点获取存储的Value副本值返回。
(4)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。
public T get() {
// 获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
// 获取当前线程的成员变量 threadLocal
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
// 从当前线程的ThreadLocalMap获取相对应的Entry
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
// 获取目标值
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
set()方法:
步骤:
(1)获取当前线程的成员变量map
(2)map非空,则重新将ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
(3)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。
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
initialValue()方法:
该方法定义为protected级别且返回为null,很明显是要子类实现它的,所以我们在使用ThreadLocal的时候一般都应该覆盖该方法。该方法不能显示调用,只有在第一次调用get()或者set()方法时才会被执行,并且仅执行1次。
protected T initialValue() {
return null;
}
三、使用场景
简单使用示例1:
public class SeqCount {
private static ThreadLocal<Integer> seqCount = new ThreadLocal<Integer>(){
// 实现initialValue()
public Integer initialValue() {
return 0;
}
};
public int nextSeq(){
seqCount.set(seqCount.get() + 1);
return seqCount.get();
}
public static void main(String[] args){
SeqCount seqCount = new SeqCount();
SeqThread thread1 = new SeqThread(seqCount);
SeqThread thread2 = new SeqThread(seqCount);
SeqThread thread3 = new SeqThread(seqCount);
SeqThread thread4 = new SeqThread(seqCount);
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
thread4.start();
}
private static class SeqThread extends Thread{
private SeqCount seqCount;
SeqThread(SeqCount seqCount){
this.seqCount = seqCount;
}
public void run() {
for(int i = 0 ; i < 3 ; i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " seqCount :" + seqCount.nextSeq());
}
}
}
}
运行结果:
Thread-1 seqCount :1
Thread-3 seqCount :1
Thread-3 seqCount :2
Thread-3 seqCount :3
Thread-0 seqCount :1
Thread-0 seqCount :2
Thread-0 seqCount :3
Thread-2 seqCount :1
Thread-1 seqCount :2
Thread-1 seqCount :3
Thread-2 seqCount :2
Thread-2 seqCount :3
注意:initialValue()方法返回一个对象时,get()和set()方法操作的其实是同一个对象的属性,不能实现线程隔离。
使用场景二:session获取场景
每个线程访问数据库都应当是一个独立的Session会话,如果多个线程共享同一个Session会话,有可能其他线程关闭连接了,当前线程再执行提交时就会出现会话已关闭的异常,导致系统异常。此方式能避免线程争抢Session,提高并发下的安全性。
//获取Session
public static Session getCurrentSession(){
Session session = threadLocal.get();
//判断Session是否为空,如果为空,将创建一个session,并设置到本地线程变量中
try {
if(session ==null&&!session.isOpen()){
if(sessionFactory==null){
rbuildSessionFactory();// 创建Hibernate的SessionFactory
}else{
session = sessionFactory.openSession();
}
}
threadLocal.set(session);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
return session;
}
四、内存泄漏问题
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。
关于GC以及引用状态:JVM垃圾回收机制
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。
但是这些被动的预防措施并不能保证不会内存泄漏:
使用static的ThreadLocal,延长了ThreadLocal的生命周期,可能导致的内存泄漏。
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。
内存泄漏实例分析:ThreadLocal 内存泄露的实例分析
解决:
每次使用完ThreadLocal,都调用它的remove()方法,清除数据。
在使用线程池的情况下,没有及时清理ThreadLocal,不仅是内存泄漏的问题,更严重的是可能导致业务逻辑出现问题。所以,使用ThreadLocal就跟加锁完要解锁一样,用完就清理。