從面試中的問題分析ThreadLocal
ThreadLocal是什么
ThreadLocal是一個(gè)本地線程副本變量工具類。主要用于將私有線程和該線程存放的副本對象做一個(gè)映射,各個(gè)線程之間的變量互不干擾,在高并發(fā)場景下,可以實(shí)現(xiàn)無狀態(tài)的調(diào)用,特別適用于各個(gè)線程依賴不通的變量值完成操作的場景。
從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手
下圖為ThreadLocal的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
從上面的結(jié)構(gòu)圖,我們已經(jīng)窺見ThreadLocal的核心機(jī)制:
- 每個(gè)Thread線程內(nèi)部都有一個(gè)Map。
- Map里面存儲線程本地對象(key)和線程的變量副本(value)
- 但是,Thread內(nèi)部的Map是由ThreadLocal維護(hù)的,由ThreadLocal負(fù)責(zé)向map獲取和設(shè)置線程的變量值。
所以對于不同的線程,每次獲取副本值時(shí),別的線程并不能獲取到當(dāng)前線程的副本值,形成了副本的隔離,互不干擾。
Thread線程內(nèi)部的Map在類中描述如下:
public class Thread implements Runnable { /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained * by the ThreadLocal class. */ ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; }
深入解析ThreadLocal
ThreadLocal類提供如下幾個(gè)核心方法:
public T get() public void set(T value) public void remove()
- get()方法用于獲取當(dāng)前線程的副本變量值。
- set()方法用于保存當(dāng)前線程的副本變量值。
- initialValue()為當(dāng)前線程初始副本變量值。
- remove()方法移除當(dāng)前前程的副本變量值。
get()方法
/** * Returns the value in the current thread's copy of this * thread-local variable. If the variable has no value for the * current thread, it is first initialized to the value returned * by an invocation of the {@link #initialValue} method. * * @return the current thread's value of this thread-local */ public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) return (T)e.value; } return setInitialValue(); } ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; } private T setInitialValue() { T value = initialValue(); Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); return value; } protected T initialValue() { return null; }
步驟:
1.獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap對象threadLocals
2.從map中獲取線程存儲的K-V Entry節(jié)點(diǎn)。
3.從Entry節(jié)點(diǎn)獲取存儲的Value副本值返回。
4.map為空的話返回初始值null,即線程變量副本為null,在使用時(shí)需要注意判斷NullPointerException。
set()方法
/** * Sets the current thread's copy of this thread-local variable * to the specified value. Most subclasses will have no need to * override this method, relying solely on the {@link #initialValue} * method to set the values of thread-locals. * * @param value the value to be stored in the current thread's copy of * this thread-local. */ 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); }
步驟:
1.獲取當(dāng)前線程的成員變量map
2.map非空,則重新將ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
3.map空,則對線程的成員變量ThreadLocalMap進(jìn)行初始化創(chuàng)建,并將ThreadLocal和value副本放入map中。
remove()方法
/** * Removes the current thread's value for this thread-local * variable. If this thread-local variable is subsequently * {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be * reinitialized by invoking its {@link #initialValue} method, * unless its value is {@linkplain #set set} by the current thread * in the interim. This may result in multiple invocations of the * <tt>initialValue</tt> method in the current thread. * * @since 1.5 */ public void remove() { ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); if (m != null) m.remove(this); } ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }
remove方法比較簡單,不做贅述。
ThreadLocalMap
ThreadLocalMap是ThreadLocal的內(nèi)部類,沒有實(shí)現(xiàn)Map接口,用獨(dú)立的方式實(shí)現(xiàn)了Map的功能,其內(nèi)部的Entry也獨(dú)立實(shí)現(xiàn)。
在ThreadLocalMap中,也是用Entry來保存K-V結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的。但是Entry中key只能是ThreadLocal對象,這點(diǎn)被Entry的構(gòu)造方法已經(jīng)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繼承自WeakReference(弱引用,生命周期只能存活到下次GC前),但只有Key是弱引用類型的,Value并非弱引用。
ThreadLocalMap的成員變量:
static class ThreadLocalMap { /** * The initial capacity -- MUST be a power of two. */ private static final int INITIAL_CAPACITY = 16; /** * The table, resized as necessary. * table.length MUST always be a power of two. */ private Entry[] table; /** * The number of entries in the table. */ private int size = 0; /** * The next size value at which to resize. */ private int threshold; // Default to 0 }
Hash沖突怎么解決
和HashMap的最大的不同在于,ThreadLocalMap結(jié)構(gòu)非常簡單,沒有next引用,也就是說ThreadLocalMap中解決Hash沖突的方式并非鏈表的方式,而是采用線性探測的方式,所謂線性探測,就是根據(jù)初始key的hashcode值確定元素在table數(shù)組中的位置,如果發(fā)現(xiàn)這個(gè)位置上已經(jīng)有其他key值的元素被占用,則利用固定的算法尋找一定步長的下個(gè)位置,依次判斷,直至找到能夠存放的位置。
ThreadLocalMap解決Hash沖突的方式就是簡單的步長加1或減1,尋找下一個(gè)相鄰的位置。
/** * 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); }
顯然ThreadLocalMap采用線性探測的方式解決Hash沖突的效率很低,如果有大量不同的ThreadLocal對象放入map中時(shí)發(fā)送沖突,或者發(fā)生二次沖突,則效率很低。
所以這里引出的良好建議是:每個(gè)線程只存一個(gè)變量,這樣的話所有的線程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal,如果一個(gè)線程要保存多個(gè)變量,就需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)ThreadLocal,多個(gè)ThreadLocal放入Map中時(shí)會極大的增加Hash沖突的可能。
ThreadLocalMap的問題
由于ThreadLocalMap的key是弱引用,而Value是強(qiáng)引用。這就導(dǎo)致了一個(gè)問題,ThreadLocal在沒有外部對象強(qiáng)引用時(shí),發(fā)生GC時(shí)弱引用Key會被回收,而Value不會回收,如果創(chuàng)建ThreadLocal的線程一直持續(xù)運(yùn)行,那么這個(gè)Entry對象中的value就有可能一直得不到回收,發(fā)生內(nèi)存泄露。
如何避免泄漏
既然Key是弱引用,那么我們要做的事,就是在調(diào)用ThreadLocal的get()、set()方法時(shí)完成后再調(diào)用remove方法,將Entry節(jié)點(diǎn)和Map的引用關(guān)系移除,這樣整個(gè)Entry對象在GC Roots分析后就變成不可達(dá)了,下次GC的時(shí)候就可以被回收。
如果使用ThreadLocal的set方法之后,沒有顯示的調(diào)用remove方法,就有可能發(fā)生內(nèi)存泄露,所以養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣十分重要,使用完ThreadLocal之后,記得調(diào)用remove方法。
ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>(); try { threadLocal.set(new Session(1, "Misout的博客")); // 其它業(yè)務(wù)邏輯 } finally { threadLocal.remove(); }
應(yīng)用場景
還記得Hibernate的session獲取場景嗎?
private static final ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>(); //獲取Session public static Session getCurrentSession(){ Session session = threadLocal.get(); //判斷Session是否為空,如果為空,將創(chuàng)建一個(gè)session,并設(shè)置到本地線程變量中 try { if(session ==null&&!session.isOpen()){ if(sessionFactory==null){ rbuildSessionFactory();// 創(chuàng)建Hibernate的SessionFactory }else{ session = sessionFactory.openSession(); } } threadLocal.set(session); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } return session; }
為什么?每個(gè)線程訪問數(shù)據(jù)庫都應(yīng)當(dāng)是一個(gè)獨(dú)立的Session會話,如果多個(gè)線程共享同一個(gè)Session會話,有可能其他線程關(guān)閉連接了,當(dāng)前線程再執(zhí)行提交時(shí)就會出現(xiàn)會話已關(guān)閉的異常,導(dǎo)致系統(tǒng)異常。此方式能避免線程爭搶Session,提高并發(fā)下的安全性。
使用ThreadLocal的典型場景正如上面的數(shù)據(jù)庫連接管理,線程會話管理等場景,只適用于獨(dú)立變量副本的情況,如果變量為全局共享的,則不適用在高并發(fā)下使用。
總結(jié)
- 每個(gè)ThreadLocal只能保存一個(gè)變量副本,如果想要上線一個(gè)線程能夠保存多個(gè)副本以上,就需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)ThreadLocal。
- ThreadLocal內(nèi)部的ThreadLocalMap鍵為弱引用,會有內(nèi)存泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
- 適用于無狀態(tài),副本變量獨(dú)立后不影響業(yè)務(wù)邏輯的高并發(fā)場景。如果如果業(yè)務(wù)邏輯強(qiáng)依賴于副本變量,則不適合用ThreadLocal解決,需要另尋解決方案。
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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