前言

這幾天看《Java并發(fā)編程之美》的時(shí)候又遇到了ThradLocal這個(gè)類，不得不說(shuō)，這個(gè)類在平時(shí)很多場(chǎng)景都遇得到，所以對(duì)其進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)，然后再輸出成這篇博客。 那么，什么是ThreadLocal呢？ 我們都知道，多線程訪問(wèn)同一個(gè)共享變量很容易出現(xiàn)并發(fā)問(wèn)題，特別是當(dāng)多個(gè)線程對(duì)同一個(gè)共享變量進(jìn)行寫入操作時(shí)。一般為了避免這種情況，我們會(huì)使用synchronized這個(gè)關(guān)鍵字對(duì)代碼塊加鎖。但是這種方式一是會(huì)讓沒(méi)獲取到鎖的線程進(jìn)行阻塞等待，二是需要使用者對(duì)鎖有一定的了解，無(wú)疑提高了編程的難度。其實(shí)ThreadLocal 就可以做這件事情，雖然ThreadLocal 并不是為了解決這個(gè)問(wèn)題而出現(xiàn)的。 ThreadLocal 是JDK 包提供的，它提供了線程本地變量，也就是如果你創(chuàng)建了一個(gè)ThreadLocal 變量，那么訪問(wèn)這個(gè)變量的每個(gè)線程都會(huì)有這個(gè)變量的一個(gè)本地副本。當(dāng)多個(gè)線程操作這個(gè)變量時(shí)，實(shí)際操作的是自己本地內(nèi)存里面的變量，從而避免了線程安全問(wèn)題。

如圖所示： 

快速開始

接下來(lái)我們就先用一個(gè)簡(jiǎn)單的樣例給大家展示一下ThreadLocal的基本用法

package cuit.pymjl.thradlocal;

/**
 * @author Pymjl
 * @version 1.0
 * @date 2022/7/1 10:56
 **/
public class MainTest {
 ? ?static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
?
 ? ?static void print(String str) {
 ? ? ? ?//打印當(dāng)前線程中本地內(nèi)存中本地變量的值
 ? ? ? ?System.out.println(str + " :" + threadLocal.get());
 ? ? ? ?//清除本地內(nèi)存中的本地變量
 ? ? ? ?threadLocal.remove();
 ?  }
?
 ? ?public static void main(String[] args) {
 ? ? ? ?Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
 ? ? ? ? ? ?@Override
 ? ? ? ? ? ?public void run() {
 ? ? ? ? ? ? ? ?//設(shè)置線程1中本地變量的值
 ? ? ? ? ? ? ? ?threadLocal.set("thread1 local variable");
 ? ? ? ? ? ? ? ?//調(diào)用打印方法
 ? ? ? ? ? ? ? ?print("thread1");
 ? ? ? ? ? ? ? ?//打印本地變量
 ? ? ? ? ? ? ? ?System.out.println("after remove : " + threadLocal.get());
 ? ? ? ? ?  }
 ? ? ?  });
?
 ? ? ? ?Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
 ? ? ? ? ? ?@Override
 ? ? ? ? ? ?public void run() {
 ? ? ? ? ? ? ? ?//設(shè)置線程1中本地變量的值
 ? ? ? ? ? ? ? ?threadLocal.set("thread2 local variable");
 ? ? ? ? ? ? ? ?//調(diào)用打印方法
 ? ? ? ? ? ? ? ?print("thread2");
 ? ? ? ? ? ? ? ?//打印本地變量
 ? ? ? ? ? ? ? ?System.out.println("after remove : " + threadLocal.get());
 ? ? ? ? ?  }
 ? ? ?  });
?
 ? ? ? ?t1.start();
 ? ? ? ?t2.start();
 ?  }
}

運(yùn)行結(jié)果如圖所示：

ThreadLocal的原理

ThreadLocal相關(guān)類圖

我們先來(lái)看一下ThreadLocal 相關(guān)類的類圖結(jié)構(gòu)，如圖所示： 

 由該圖可知， Thread 類中有一個(gè)threadLocals 和一個(gè)inheritableThreadLocals ， 它們都是ThreadLocalMap 類型的變量， 而ThreadLocalMap 是一個(gè)定制化的Hashmap 。在默認(rèn)情況下， 每個(gè)線程中的這兩個(gè)變量都為null ，只有當(dāng)前線程第一次調(diào)用ThreadLocal 的set 或者get 方法時(shí)才會(huì)創(chuàng)建它們。其實(shí)每個(gè)線程的本地變量不是存放在ThreadLocal 實(shí)例里面，而是存放在調(diào)用線程的threadLocals 變量里面。也就是說(shuō)， ThreadLocal 類型的本地變量存放在具體的線程內(nèi)存空間中。ThreadLocal 就是一個(gè)工具殼，它通過(guò)set 方法把value 值放入調(diào)用線程的threadLocals 里面并存放起來(lái)， 當(dāng)調(diào)用線程調(diào)用它的get 方法時(shí)，再?gòu)漠?dāng)前線程的threadLocals 變量里面將其拿出來(lái)使用。 如果調(diào)用線程一直不終止， 那么這個(gè)本地變量會(huì)一直存放在調(diào)用線程的threadLocals 變量里面，所以當(dāng)不需要使用本地變量時(shí)可以通過(guò)調(diào)用ThreadLocal 變量的remove 方法，從當(dāng)前線程的threadLocals 里面刪除該本地變量。另外， Thread 里面的threadLocals 為何被設(shè)計(jì)為map 結(jié)構(gòu)？很明顯是因?yàn)槊總€(gè)線程可以關(guān)聯(lián)多個(gè)ThreadLocal 變量。 接下來(lái)我們來(lái)看看ThreadLocal的set、get、以及remove的源碼

set

 ? ?public void set(T value) {
 ? ? ? ?// 1.獲取當(dāng)前線程（調(diào)用者線程）
 ? ? ? ?Thread t = Thread.currentThread();
 ? ? ? ?// 2.以當(dāng)前線程作為key值，去查找對(duì)應(yīng)的線程變量，找到對(duì)應(yīng)的map
 ? ? ? ?ThreadLocalMap map = getMap(t);
 ? ? ? ?if (map != null) {
 ? ? ? ? ? ?// 3.如果map不為null，則直接添加元素
 ? ? ? ? ? ?map.set(this, value);
 ? ? ?  } else {
 ? ? ? ? ? ?// 4.否則就先創(chuàng)建map，再添加元素
 ? ? ? ? ? ?createMap(t, value);
 ? ? ?  }
 ?  }

 ? ?void createMap(Thread t, T firstValue) {
 ? ? ? ?/**
 ? ? ? ? * 這里是創(chuàng)建一個(gè)ThreadLocalMap，以當(dāng)前調(diào)用線程的實(shí)例對(duì)象為key，初始值為value
 ? ? ? ? * 然后放入當(dāng)前線程的Therad.threadLocals屬性里面
 ? ? ? ? */
 ? ? ? ?t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
 ?  }

 ? ?ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
 ? ? ? ?//這里就是直接獲取調(diào)用線程的成員屬性threadlocals
 ? ? ? ?return t.threadLocals;
 ?  }

get

 ? ?public T get() {
 ? ? ? ?// 1.獲取當(dāng)前線程
 ? ? ? ?Thread t = Thread.currentThread();
 ? ? ? ?// 2.獲取當(dāng)前線程的threadlocals，即ThreadLocalMap
 ? ? ? ?ThreadLocalMap map = getMap(t);
 ? ? ? ?// 3.如果map不為null，則直接返回對(duì)應(yīng)的值
 ? ? ? ?if (map != null) {
 ? ? ? ? ? ?ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
 ? ? ? ? ? ?if (e != null) {
 ? ? ? ? ? ? ? ?@SuppressWarnings("unchecked")
 ? ? ? ? ? ? ? ?T result = (T)e.value;
 ? ? ? ? ? ? ? ?return result;
 ? ? ? ? ?  }
 ? ? ?  }
 ? ? ? ?// 4.否則，則進(jìn)行初始化
 ? ? ? ?return setInitialValue();
 ?  }

下面是setInitialValue的代碼

private T setInitialValue() {
 ? ?//初始化屬性，其實(shí)就是null
 ? ?T value = initialValue();
 ? ?//獲取當(dāng)前線程
 ? ?Thread t = Thread.currentThread();
 ? ?//通過(guò)當(dāng)前線程獲取ThreadLocalMap
 ? ?ThreadLocalMap map = getMap(t);
 ? ?//如果map不為null，則直接添加元素
 ? ?if (map != null) {
 ? ? ? ?map.set(this, value);
 ?  } else {
 ? ? ? ?//否則就創(chuàng)建，然后將創(chuàng)建好的map放入當(dāng)前線程的屬性threadlocals
 ? ? ? ?createMap(t, value);
 ?  }
 ? ? ? ?//將當(dāng)前ThreadLocal實(shí)例注冊(cè)進(jìn)TerminatingThreadLocal類里面
 ? ?if (this instanceof TerminatingThreadLocal) {
 ? ? ? ?TerminatingThreadLocal.register((TerminatingThreadLocal<?>) this);
 ?  }
 ? ?return value;
}

這里我需要補(bǔ)充說(shuō)明一下TerminatingThreadLocal。這個(gè)類是jdk11新出的，jdk8中并沒(méi)有這個(gè)類，所以在網(wǎng)上很多源碼分析中并未看見這個(gè)類的相關(guān)說(shuō)明。 這個(gè)類我看了一下源碼，其作用應(yīng)該是避免ThreadLocal內(nèi)存泄露的問(wèn)題(感興趣的可以去看看源碼，若有錯(cuò)誤，還請(qǐng)指正)。 這是官方對(duì)其的解釋：

/**
 * A thread-local variable that is notified when a thread terminates and
 * it has been initialized in the terminating thread (even if it was
 * initialized with a null value).
 * 一個(gè)線程局部變量，
 * 當(dāng)一個(gè)線程終止并且它已經(jīng)在終止線程中被初始化時(shí)被通知（即使它被初始化為一個(gè)空值）。
 */

remove

 ? ? public void remove() {
 ? ? ? ? //如果當(dāng)前線程的threadLocals 變量不為空， 則刪除當(dāng)前線程中指定ThreadLocal 實(shí)例的本地變量。
 ? ? ? ? ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
 ? ? ? ? if (m != null) {
 ? ? ? ? ? ? m.remove(this);
 ? ? ? ? }
 ? ? }

小結(jié)

在每個(gè)線程內(nèi)部都有一個(gè)名為threadLocals 的成員變量， 該變量的類型為Hash Map ， 其中key 為我們定義的ThreadLocal 變量的this 引用， value 則為我們使用set 方法設(shè)置的值。每個(gè)線程的本地變量存放在線程自己的內(nèi)存變量threadLocals 中，如果當(dāng)前線程一直不消亡， 那么這些本地變量會(huì)一直存在， 所以可能會(huì)造成內(nèi)存溢出， 因此使用完畢后要記得調(diào)用ThreadLocal 的remove 方法刪除對(duì)應(yīng)線程的threadLocals 中的本地變量。

ThreadLocal內(nèi)存泄露

為什么會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏？

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作為key，如果一個(gè)ThreadLocal沒(méi)有外部強(qiáng)引用來(lái)引用它，那么系統(tǒng) GC 的時(shí)候，這個(gè)ThreadLocal勢(shì)必會(huì)被回收，這樣一來(lái)，ThreadLocalMap中就會(huì)出現(xiàn)key為null的Entry，就沒(méi)有辦法訪問(wèn)這些key為null的Entry的value，如果當(dāng)前線程再遲遲不結(jié)束的話，這些key為null的Entry的value就會(huì)一直存在一條強(qiáng)引用鏈：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永遠(yuǎn)無(wú)法回收，造成內(nèi)存泄漏。 其實(shí)，ThreadLocalMap的設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮到這種情況，也加上了一些防護(hù)措施：在ThreadLocal的get(),set(),remove()的時(shí)候都會(huì)清除線程ThreadLocalMap里所有key為null的value。 但是這些被動(dòng)的預(yù)防措施并不能保證不會(huì)內(nèi)存泄漏：

• 使用static的ThreadLocal，延長(zhǎng)了ThreadLocal的生命周期，可能導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏
• 分配使用了ThreadLocal又不再調(diào)用get(),set(),remove()方法，那么就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏

為什么使用弱引用？

既然我們都知道，使用了弱引用會(huì)造成ThreadLocalMap內(nèi)存泄漏，那么官方為什么依然使用弱引用而不是強(qiáng)引用呢？這就要從使用弱引用和強(qiáng)引用的區(qū)別來(lái)說(shuō)起了：

• 如果使用強(qiáng)引用：我們知道，ThreadLocalMap的生命周期基本和Thread的生命周期一樣，當(dāng)前線程如果沒(méi)有終止，那么ThreadLocalMap始終不會(huì)被GC回收，而ThreadLocalMap持有對(duì)ThreadLocal的強(qiáng)引用，那么ThreadLocal也不會(huì)被回收，當(dāng)線程生命周期長(zhǎng)，如果沒(méi)有手動(dòng)刪除，則會(huì)造成kv累積，從而導(dǎo)致OOM
• 如果使用弱引用：弱引用中的對(duì)象具有很短的聲明周期，因?yàn)樵谙到y(tǒng)GC時(shí)，只要發(fā)現(xiàn)弱引用，不管堆空間是否足夠，都會(huì)將對(duì)象進(jìn)行回收。而當(dāng)ThreadLocal的強(qiáng)引用被回收時(shí)，ThreadLocalMap所持有的弱引用也會(huì)被回收，如果沒(méi)有手動(dòng)刪除kv，那么會(huì)造成value累積，也會(huì)導(dǎo)致OOM

對(duì)比可知，使用弱引用至少可以保證不會(huì)因?yàn)閙ap的key累積從而導(dǎo)致OOM，而對(duì)應(yīng)的value可以通過(guò)remove，get，set方法在下一次調(diào)用時(shí)被清除?？梢?，內(nèi)存泄露的根源不是弱引用，而是ThreadLocalMap的生命周期和Thread一樣長(zhǎng)，造成累積導(dǎo)致的

解決方法

既然問(wèn)題的根源是value的累積造成OOM，那么我們對(duì)癥下藥，每次使用完ThreadLocal調(diào)用remove()方法清理掉就行了。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java ThreadLocal類詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ThreadLocal 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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