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資訊專欄INFORMATION COLUMN

(八)ThreadLocal的使用及原理分析

asoren / 1947人閱讀

摘要:什么是,簡(jiǎn)單翻譯過(guò)來(lái)就是本地線程,但是直接這么翻譯很難理解的作用,如果換一種說(shuō)法,可以稱為線程本地存儲(chǔ)。魔數(shù)的選取和斐波那契散列有關(guān),對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制為。而斐波那契散列的乘數(shù)可以用如果把這個(gè)值給轉(zhuǎn)為帶符號(hào)的,則會(huì)得到。

什么是ThreadLocal

ThreadLocal,簡(jiǎn)單翻譯過(guò)來(lái)就是本地線程,但是直接這么翻譯很難理解ThreadLocal的作用,如果換一種說(shuō)法,可以稱為線程本地存儲(chǔ)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是ThreadLocal為共享變量在每個(gè)線程中都創(chuàng)建一個(gè)副本,每個(gè)線程可以訪問(wèn)自己內(nèi)部的副本變量。這樣做的好處是可以保證共享變量在多線程環(huán)境下訪問(wèn)的線程安全性

ThreadLocal的使用 沒(méi)有使用ThreadLocal時(shí)

通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)演示一下ThreadLocal的作用,這段代碼是定義了一個(gè)靜態(tài)的成員變量num,然后通過(guò)構(gòu)造5個(gè)線程對(duì)這個(gè)num做遞增

public class ThreadLocalDemo {

    private static Integer num=0;

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads=new Thread[5];
        for(int i=0;i<5;i++){
            threads[i]=new Thread(()->{
               num+=5;
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+num);
            },"Thread-"+i);
        }

        for(Thread thread:threads){
            thread.start();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果

Thread-0 : 5
Thread-1 : 10
Thread-2 : 15
Thread-3 : 20
Thread-4 : 25

每個(gè)線程都會(huì)對(duì)這個(gè)成員變量做遞增,如果線程的執(zhí)行順序不確定,那么意味著每個(gè)線程獲得的結(jié)果也是不一樣的。

使用了ThreadLocal以后

通過(guò)ThreadLocal對(duì)上面的代碼做一個(gè)改動(dòng)

public class ThreadLocalDemo {

    private static final ThreadLocal local=new ThreadLocal(){
        protected Integer initialValue(){
            return 0; //通過(guò)initialValue方法設(shè)置默認(rèn)值
        }
    };

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads=new Thread[5];
        for(int i=0;i<5;i++){
            threads[i]=new Thread(()->{
                int num=local.get().intValue();
                num+=5;
               System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+num);
            },"Thread-"+i);
        }

        for(Thread thread:threads){
            thread.start();
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果

Thread-0 : 5
Thread-4 : 5
Thread-2 : 5
Thread-1 : 5
Thread-3 : 5

從結(jié)果可以看到,每個(gè)線程的值都是5,意味著各個(gè)線程之間都是獨(dú)立的變量副本,彼此不相互影響.

ThreadLocal會(huì)給定一個(gè)初始值,也就是initialValue()方法,而每個(gè)線程都會(huì)從ThreadLocal中獲得這個(gè)初始化的值的副本,這樣可以使得每個(gè)線程都擁有一個(gè)副本拷貝

看到這里,估計(jì)有很多人都會(huì)和我一樣有一些疑問(wèn)

每個(gè)線程的變量副本是怎么存儲(chǔ)的?

ThreadLocal是如何實(shí)現(xiàn)多線程場(chǎng)景下的共享變量副本隔離?

帶著疑問(wèn),來(lái)看一下ThreadLocal這個(gè)類(lèi)的定義(默認(rèn)情況下,JDK的源碼都是基于1.8版本)

從ThreadLocal的方法定義來(lái)看,還是挺簡(jiǎn)單的。就幾個(gè)方法

get: 獲取ThreadLocal中當(dāng)前線程對(duì)應(yīng)的線程局部變量

set:設(shè)置當(dāng)前線程的線程局部變量的值

remove:將當(dāng)前線程局部變量的值刪除

另外,還有一個(gè)initialValue()方法,在前面的代碼中有演示,作用是返回當(dāng)前線程局部變量的初始值,這個(gè)方法是一個(gè)protected方法,主要是在構(gòu)造ThreadLocal時(shí)用于設(shè)置默認(rèn)的初始值

set方法的實(shí)現(xiàn)

set方法是設(shè)置一個(gè)線程的局部變量的值,相當(dāng)于當(dāng)前線程通過(guò)set設(shè)置的局部變量的值,只對(duì)當(dāng)前線程可見(jiàn)。

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();//獲取當(dāng)前執(zhí)行的線程
        ThreadLocalMap map = getMap(t); //獲得當(dāng)前線程的ThreadLocalMap實(shí)例
        if (map != null)//如果map不為空,說(shuō)明當(dāng)前線程已經(jīng)有了一個(gè)ThreadLocalMap實(shí)例
            map.set(this, value);//直接將當(dāng)前value設(shè)置到ThreadLocalMap中
        else
            createMap(t, value); //說(shuō)明當(dāng)前線程是第一次使用線程本地變量,構(gòu)造map
    }

Thread.currentThread 獲取當(dāng)前執(zhí)行的線程

getMap(t) ,根據(jù)當(dāng)前線程得到當(dāng)前線程的ThreadLocalMap對(duì)象,這個(gè)對(duì)象具體是做什么的?稍后分析

如果map不為空,說(shuō)明當(dāng)前線程已經(jīng)構(gòu)造過(guò)ThreadLocalMap,直接將值存儲(chǔ)到map中

如果map為空,說(shuō)明是第一次使用,調(diào)用createMap構(gòu)造

ThreadLocalMap是什么?

我們來(lái)分析一下這句話,ThreadLocalMap map=getMap(t)獲得一個(gè)ThreadLocalMap對(duì)象,那這個(gè)對(duì)象是干嘛的呢?
其實(shí)不用分析,基本上也能猜測(cè)出來(lái),Map是一個(gè)集合,集合用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),那么在ThreadLocal中,應(yīng)該就是用來(lái)存儲(chǔ)線程的局部變量的。ThreadLocalMap這個(gè)類(lèi)很關(guān)鍵。

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

t.threadLocals實(shí)際上就是訪問(wèn)Thread類(lèi)中的ThreadLocalMap這個(gè)成員變量

public
class Thread implements Runnable {
 /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
...
}

從上面的代碼發(fā)現(xiàn)每一個(gè)線程都有自己多帶帶的ThreadLocalMap實(shí)例,而對(duì)應(yīng)這個(gè)線程的所有本地變量都會(huì)保存到這個(gè)map內(nèi)

ThreadLocalMap是在哪里構(gòu)造?

set方法中,有一行代碼createmap(t,value);,這個(gè)方法就是用來(lái)構(gòu)造ThreadLocalMap,從傳入的參數(shù)來(lái)看,它的實(shí)現(xiàn)邏輯基本也能猜出出幾分吧

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

Thread t 是通過(guò)Thread.currentThread()來(lái)獲取的表示當(dāng)前線程,然后直接通過(guò)new ThreadLocalMap將當(dāng)前線程中的threadLocals做了初始化
ThreadLocalMap是一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類(lèi),內(nèi)部定義了一個(gè)Entry對(duì)象用來(lái)真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

static class ThreadLocalMap {
        static class Entry extends WeakReference> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
            //構(gòu)造一個(gè)Entry數(shù)組,并設(shè)置初始大小
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            //計(jì)算Entry數(shù)據(jù)下標(biāo)
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            //將`firstValue`存入到指定的table下標(biāo)中
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            size = 1;//設(shè)置節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度為1
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY); //設(shè)置擴(kuò)容的閾值
        }
    //...省略部分代碼
}
分析到這里,基本知道了ThreadLocalMap長(zhǎng)啥樣了,也知道它是如何構(gòu)造的?那么我看到這里的時(shí)候仍然有疑問(wèn)

Entry集成了WeakReference,這個(gè)表示什么意思?

在構(gòu)造ThreadLocalMap的時(shí)候new ThreadLocalMap(this, firstValue);,key其實(shí)是this,this表示當(dāng)前對(duì)象的引用,在當(dāng)前的案例中,this指的是ThreadLocal local。那么多個(gè)線程對(duì)應(yīng)同一個(gè)ThreadLocal實(shí)例,怎么對(duì)每一個(gè)ThreadLocal對(duì)象做區(qū)分呢?

解惑WeakReference

weakReference表示弱引用,在Java中有四種引用類(lèi)型,強(qiáng)引用、弱引用、軟引用、虛引用。
使用弱引用的對(duì)象,不會(huì)阻止它所指向的對(duì)象被垃圾回收器回收。

在Java語(yǔ)言中, 當(dāng)一個(gè)對(duì)象o被創(chuàng)建時(shí), 它被放在Heap里. 當(dāng)GC運(yùn)行的時(shí)候, 如果發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何引用指向o, o就會(huì)被回收以騰出內(nèi)存空間. 也就是說(shuō), 一個(gè)對(duì)象被回收, 必須滿足兩個(gè)條件:

沒(méi)有任何引用指向它

GC被運(yùn)行.

這段代碼中,構(gòu)造了兩個(gè)對(duì)象a,b,a是對(duì)象DemoA的引用,b是對(duì)象DemoB的引用,對(duì)象DemoB同時(shí)還依賴對(duì)象DemoA,那么這個(gè)時(shí)候我們認(rèn)為從對(duì)象DemoB是可以到達(dá)對(duì)象DemoA的。這種稱為強(qiáng)可達(dá)(strongly reachable)

DemoA a=new DemoA();
DemoB b=new DemoB(a);

如果我們?cè)黾右恍写a來(lái)將a對(duì)象的引用設(shè)置為null,當(dāng)一個(gè)對(duì)象不再被其他對(duì)象引用的時(shí)候,是會(huì)被GC回收的,但是對(duì)于這個(gè)場(chǎng)景來(lái)說(shuō),即時(shí)是a=null,也不可能被回收,因?yàn)镈emoB依賴DemoA,這個(gè)時(shí)候是可能造成內(nèi)存泄漏的

DemoA a=new DemoA();
DemoB b=new DemoB(a);
a=null;

通過(guò)弱引用,有兩個(gè)方法可以避免這樣的問(wèn)題

//方法1
DemoA a=new DemoA();
DemoB b=new DemoB(a);
a=null;
b=null;
//方法2
DemoA a=new DemoA();
WeakReference b=new WeakReference(a);
a=null;

對(duì)于方法2來(lái)說(shuō),DemoA只是被弱引用依賴,假設(shè)垃圾收集器在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)決定一個(gè)對(duì)象是弱可達(dá)的(weakly reachable)(也就是說(shuō)當(dāng)前指向它的全都是弱引用),這時(shí)垃圾收集器會(huì)清除所有指向該對(duì)象的弱引用,然后把這個(gè)弱可達(dá)對(duì)象標(biāo)記為可終結(jié)(finalizable)的,這樣它隨后就會(huì)被回收。

試想一下如果這里沒(méi)有使用弱引用,意味著ThreadLocal的生命周期和線程是強(qiáng)綁定,只要線程沒(méi)有銷(xiāo)毀,那么ThreadLocal一直無(wú)法回收。而使用弱引用以后,當(dāng)ThreadLocal被回收時(shí),由于Entry的key是弱引用,不會(huì)影響ThreadLocal的回收防止內(nèi)存泄漏,同時(shí),在后續(xù)的源碼分析中會(huì)看到,ThreadLocalMap本身的垃圾清理會(huì)用到這一個(gè)好處,方便對(duì)無(wú)效的Entry進(jìn)行回收
解惑ThreadLocalMap以this作為key

在構(gòu)造ThreadLocalMap時(shí),使用this作為key來(lái)存儲(chǔ),那么對(duì)于同一個(gè)ThreadLocal對(duì)象,如果同一個(gè)Thread中存儲(chǔ)了多個(gè)值,是如何來(lái)區(qū)分存儲(chǔ)的呢?
答案就在firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1)

void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            size = 1;
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

關(guān)鍵點(diǎn)就在threadLocalHashCode,它相當(dāng)于一個(gè)ThreadLocal的ID,實(shí)現(xiàn)的邏輯如下

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static AtomicInteger nextHashCode =
        new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

private static int nextHashCode() {
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

這里用到了一個(gè)非常完美的散列算法,可以簡(jiǎn)單理解為,對(duì)于同一個(gè)ThreadLocal下的多個(gè)線程來(lái)說(shuō),當(dāng)任意線程調(diào)用set方法存入一個(gè)數(shù)據(jù)到Entry中的時(shí)候,其實(shí)會(huì)根據(jù)threadLocalHashCode生成一個(gè)唯一的id標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)這個(gè)數(shù)據(jù),存儲(chǔ)在Entry數(shù)據(jù)下標(biāo)中。

threadLocalHashCode是通過(guò)nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT)來(lái)實(shí)現(xiàn)的

i*HASH_INCREMENT+HASH_INCREMENT,每次新增一個(gè)元素(ThreadLocal)到Entry[],都會(huì)自增0x61c88647,目的為了讓哈希碼能均勻的分布在2的N次方的數(shù)組里

Entry[i]= hashCode & (length-1)

魔數(shù)0x61c88647

從上面的分析可以看出,它是在上一個(gè)被構(gòu)造出的ThreadLocal的threadLocalHashCode的基礎(chǔ)上加上一個(gè)魔數(shù)0x61c88647。我們來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn),看看這個(gè)散列算法的運(yùn)算結(jié)果

    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
    public static void main(String[] args) {
        magicHash(16); //初始大小16
        magicHash(32); //擴(kuò)容一倍
    }

    private static void magicHash(int size){
        int hashCode = 0;
        for(int i=0;i

輸出結(jié)果

7 14 5 12 3 10 1 8 15 6 13 4 11 2 9 0 
7 14 21 28 3 10 17 24 31 6 13 20 27 2 9 16 23 30 5 12 19 26 1 8 15 22 29 4 11 18 25 0 

根據(jù)運(yùn)行結(jié)果,這個(gè)算法在長(zhǎng)度為2的N次方的數(shù)組上,確實(shí)可以完美散列,沒(méi)有任何沖突, 是不是很神奇。

魔數(shù)0x61c88647的選取和斐波那契散列有關(guān),0x61c88647對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制為1640531527。而斐波那契散列的乘數(shù)可以用(long) ((1L << 31) * (Math.sqrt(5) - 1)); 如果把這個(gè)值給轉(zhuǎn)為帶符號(hào)的int,則會(huì)得到-1640531527。也就是說(shuō)
(long) ((1L << 31) * (Math.sqrt(5) - 1));得到的結(jié)果就是1640531527,也就是魔數(shù)0x61c88647
//(根號(hào)5-1)*2的31次方=(根號(hào)5-1)/2 *2的32次方=黃金分割數(shù)*2的32次方
long l1 = (long) ((1L << 31) * (Math.sqrt(5) - 1));
System.out.println("32位無(wú)符號(hào)整數(shù): " + l1);
int i1 = (int) l1;
System.out.println("32位有符號(hào)整數(shù):   " + i1);
總結(jié),我們用0x61c88647作為魔數(shù)累加為每個(gè)ThreadLocal分配各自的ID也就是threadLocalHashCode再與2的冪取模,得到的結(jié)果分布很均勻。
圖形分析

為了更直觀的體現(xiàn)set方法的實(shí)現(xiàn),通過(guò)一個(gè)圖形表示如下

set剩余源碼分析

前面分析了set方法第一次初始化ThreadLocalMap的過(guò)程,也對(duì)ThreadLocalMap的結(jié)構(gòu)有了一個(gè)全面的了解。那么接下來(lái)看一下map不為空時(shí)的執(zhí)行邏輯

private void set(ThreadLocal key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            // 根據(jù)哈希碼和數(shù)組長(zhǎng)度求元素放置的位置,即數(shù)組下標(biāo)
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
             //從i開(kāi)始往后一直遍歷到數(shù)組最后一個(gè)Entry(線性探索)
            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal k = e.get();
                 //如果key相等,覆蓋value
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
                 //如果key為null,用新key、value覆蓋,同時(shí)清理歷史key=null的陳舊數(shù)據(jù)
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }

            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
             //如果超過(guò)閥值,就需要擴(kuò)容了
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

主要邏輯

根據(jù)key的散列哈希計(jì)算Entry的數(shù)組下標(biāo)

通過(guò)線性探索探測(cè)從i開(kāi)始往后一直遍歷到數(shù)組的最后一個(gè)Entry

如果map中的key和傳入的key相等,表示該數(shù)據(jù)已經(jīng)存在,直接覆蓋

如果map中的key為空,則用新的key、value覆蓋,并清理key=null的數(shù)據(jù)

rehash擴(kuò)容

replaceStaleEntry

由于Entry的key為弱引用,如果key為空,說(shuō)明ThreadLocal這個(gè)對(duì)象被GC回收了。
replaceStaleEntry的作用就是把陳舊的Entry進(jìn)行替換

private void replaceStaleEntry(ThreadLocal key, Object value,
                                       int staleSlot) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            Entry e;

           //向前掃描,查找最前一個(gè)無(wú)效的slot
            int slotToExpunge = staleSlot;
            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = prevIndex(i, len))
                if (e.get() == null)
                   //通過(guò)循環(huán)遍歷,可以定位到最前面一個(gè)無(wú)效的slot
                    slotToExpunge = i; 

            //從i開(kāi)始往后一直遍歷到數(shù)組最后一個(gè)Entry(線性探索)
            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal k = e.get();

                //找到匹配的key以后
                if (k == key) {
                    e.value = value;//更新對(duì)應(yīng)slot的value值
                    //與無(wú)效的sloat進(jìn)行交換
                    tab[i] = tab[staleSlot];
                    tab[staleSlot] = e;

                    //如果最早的一個(gè)無(wú)效的slot和當(dāng)前的staleSlot相等,則從i作為清理的起點(diǎn)
                    if (slotToExpunge == staleSlot)
                        slotToExpunge = i;
                    //從slotToExpunge開(kāi)始做一次連續(xù)的清理
                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
                    return;
                }

               
                //如果當(dāng)前的slot已經(jīng)無(wú)效,并且向前掃描過(guò)程中沒(méi)有無(wú)效slot,則更新slotToExpunge為當(dāng)前位置
                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
                    slotToExpunge = i;
            }

            //如果key對(duì)應(yīng)的value在entry中不存在,則直接放一個(gè)新的entry
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

           //如果有任何一個(gè)無(wú)效的slot,則做一次清理
            if (slotToExpunge != staleSlot)
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
        }
cleanSomeSlots

這個(gè)函數(shù)有兩處地方會(huì)被調(diào)用,用于清理無(wú)效的Entry

插入的時(shí)候可能會(huì)被調(diào)用

替換無(wú)效slot的時(shí)候可能會(huì)被調(diào)用

區(qū)別是前者傳入的n為元素個(gè)數(shù),后者為table的容量

private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
            boolean removed = false;
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            do {
                 // i在任何情況下自己都不會(huì)是一個(gè)無(wú)效slot,所以從下一個(gè)開(kāi)始判斷
                i = nextIndex(i, len);
                Entry e = tab[i];
                if (e != null && e.get() == null) {
                    n = len;// 擴(kuò)大掃描控制因子
                    removed = true;
                    i = expungeStaleEntry(i); // 清理一個(gè)連續(xù)段
                }
            } while ( (n >>>= 1) != 0);
            return removed;
        }
expungeStaleEntry

執(zhí)行一次全量清理

private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            // expunge entry at staleSlot
            tab[staleSlot].value = null;//刪除value
            tab[staleSlot] = null;//刪除entry
            size--; //map的size遞減

            // Rehash until we encounter null
            Entry e;
            int i;
            for (i = nextIndex(staleSlot, len);// 遍歷指定刪除節(jié)點(diǎn),所有后續(xù)節(jié)點(diǎn)
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal k = e.get();
                if (k == null) {//key為null,執(zhí)行刪除操作
                    e.value = null;
                    tab[i] = null;
                    size--;
                } else {//key不為null,重新計(jì)算下標(biāo)
                    int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                    if (h != i) {//如果不在同一個(gè)位置
                        tab[i] = null;//把老位置的entry置null(刪除)

                        // 從h開(kāi)始往后遍歷,一直到找到空為止,插入
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    }
                }
            }
            return i;
        }
get操作

set的邏輯分析完成以后,get的源碼分析就很簡(jiǎn)單了

public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        //從當(dāng)前線程中獲取ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            //查詢當(dāng)前ThreadLocal變量實(shí)例對(duì)應(yīng)的Entry
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {//獲取成功,直接返回
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        //如果map為null,即還沒(méi)有初始化,走初始化方法
        return setInitialValue();
    }
setInitialValue

根據(jù)initialValue()的value初始化ThreadLocalMap

    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();//protected方法,用戶可以重寫(xiě)
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            //如果map不為null,把初始化value設(shè)置進(jìn)去
            map.set(this, value);
        else
            //如果map為null,則new一個(gè)map,并把初始化value設(shè)置進(jìn)去
            createMap(t, value);
        return value;
    }

從當(dāng)前線程中獲取ThreadLocalMap,查詢當(dāng)前ThreadLocal變量實(shí)例對(duì)應(yīng)的Entry,如果不為null,獲取value,返回

如果map為null,即還沒(méi)有初始化,走初始化方法

remove方法

remove的方法比較簡(jiǎn)單,從Entry[]中刪除指定的key就行

     public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }

     private void remove(ThreadLocal key) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                if (e.get() == key) {
                    e.clear();//調(diào)用Entry的clear方法
                    expungeStaleEntry(i);//清除陳舊數(shù)據(jù)
                    return;
                }
            }
        }
應(yīng)用場(chǎng)景

ThreadLocal的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景:

比如在線程級(jí)別,維護(hù)session,維護(hù)用戶登錄信息userID(登陸時(shí)插入,多個(gè)地方獲取)

數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接對(duì)象Connection,可以通過(guò)ThreadLocal來(lái)做隔離避免線程安全問(wèn)題

問(wèn)題
ThreadLocal的內(nèi)存泄漏

ThreadLocalMap中Entry的key使用的是ThreadLocal的弱引用,如果一個(gè)ThreadLocal沒(méi)有外部強(qiáng)引用,當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行GC時(shí),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)一個(gè)key為null的Entry,而這個(gè)key=null的Entry是無(wú)法訪問(wèn)的,當(dāng)這個(gè)線程一直沒(méi)有結(jié)束的話,那么就會(huì)存在一條強(qiáng)引用鏈

Thread Ref - > Thread -> ThreadLocalMap - > Entry -> value 永遠(yuǎn)無(wú)法回收而造成內(nèi)存泄漏

其實(shí)我們從源碼分析可以看到,ThreadLocalMap是做了防護(hù)措施的

首先從ThreadLocal的直接索引位置(通過(guò)ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len-1)運(yùn)算得到)獲取Entry e,如果e不為null并且key相同則返回e

如果e為null或者key不一致則向下一個(gè)位置查詢,如果下一個(gè)位置的key和當(dāng)前需要查詢的key相等,則返回對(duì)應(yīng)的Entry,否則,如果key值為null,則擦除該位置的Entry,否則繼續(xù)向下一個(gè)位置查詢

在這個(gè)過(guò)程中遇到的key為null的Entry都會(huì)被擦除,那么Entry內(nèi)的value也就沒(méi)有強(qiáng)引用鏈,自然會(huì)被回收。仔細(xì)研究代碼可以發(fā)現(xiàn),set操作也有類(lèi)似的思想,將key為null的這些Entry都刪除,防止內(nèi)存泄露。
但是這個(gè)設(shè)計(jì)一來(lái)與一個(gè)前提條件,就是調(diào)用get或者set方法,但是不是所有場(chǎng)景都會(huì)滿足這個(gè)場(chǎng)景的,所以為了避免這類(lèi)的問(wèn)題,我們可以在合適的位置手動(dòng)調(diào)用ThreadLocal的remove函數(shù)刪除不需要的ThreadLocal,防止出現(xiàn)內(nèi)存泄漏

所以建議的使用方法是

將ThreadLocal變量定義成private static的,這樣的話ThreadLocal的生命周期就更長(zhǎng),由于一直存在ThreadLocal的強(qiáng)引用,所以ThreadLocal也就不會(huì)被回收,也就能保證任何時(shí)候都能根據(jù)ThreadLocal的弱引用訪問(wèn)到Entry的value值,然后remove它,防止內(nèi)存泄露

每次使用完ThreadLocal,都調(diào)用它的remove()方法,清除數(shù)據(jù)。

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