历史潮流浩浩荡荡,顺之者昌,逆之则亡。——孙中山

ThreadLocal深度解析

JAVA 徐 承恩 73℃ 0评论

ThreadLocal:为共享变量在每个线程中创建一个副本,每个线程可以访问自己内部的副本变量。

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。

数据结构图

从上面的结构图,我们已经窥见ThreadLocal的核心机制:

  • 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。

Thread线程内部的Map在类中描述如下:

深入解析ThreadLocal

ThreadLocal类提供如下几个核心方法:

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

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。

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。

remove()方法

remove方法比较简单,不做赘述。

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。

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的成员变量:

Hash冲突怎么解决

ThreadLocalMap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。

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。

建议: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。

应用场景

还记得Hibernate的session获取场景吗?

为什么?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。

使用ThreadLocal的典型场景正如上面的数据库连接管理,线程会话管理等场景,只适用于独立变量副本的情况,如果变量为全局共享的,则不适用在高并发下使用。

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。

转载请注明:徐叔科技 » ThreadLocal深度解析

喜欢 (1)
发表我的评论
取消评论
表情

嗨,您需要填写昵称和邮箱!

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址