网站域名在哪里备案,网站 切图,整合网络营销,中国核工业第五建设有限公司简介简介 ThreadLocal的作用是做数据隔离#xff0c;存储的变量只属于当前线程#xff0c;相当于当前线程的局部变量#xff0c;多线程环境下#xff0c;不会被别的线程访问与修改。常用于存储线程私有成员变量、上下文#xff0c;和用于同一线程#xff0c;不同层级方法间传…简介 ThreadLocal的作用是做数据隔离存储的变量只属于当前线程相当于当前线程的局部变量多线程环境下不会被别的线程访问与修改。常用于存储线程私有成员变量、上下文和用于同一线程不同层级方法间传参等。JDK 1.8 中的 ThreadLocal 共741行代码其中包含3个成员变量13个成员方法和两个内部类。 我们先来看下核心原理再来详细看下源码。
问题
我们可以带着问题去学习这部分内容希望学习完后能回答这些问题
ThreadLocal能不能代替Synchronized和Synchronized的区别是什么Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap的关系是怎么样的存储在jvm的堆还是栈中ThreadLocal会导致内存泄漏吗为什么ThreadLocalMap为什么用Entry数组而不是Entry对象ThreadLocal里的对象一定是线程安全的吗ThreadLocalMap只用单纯的数组存值吗如果出现哈希冲突怎么存值
核心原理 这个要从java.lang.Thread类说起每个Thread对象中都拥有一个ThreadLocalMapThreadLocal的内部类的成员变量。ThreadLocalMap内部又拥有一个Entry数组每个Entry是一个键值对key是ThreadLocal本身value是ThreadLocal的泛型值。 这里Thread类虽然有ThreadLocalMap成员变量但没有get()set()remove()等增删改查的方法其实就是通过ThreadLocal来操作的。 例如我们每一次请求就是一个线程然后一个线程里就有且只有一个ThreadLocalMap然后我们的业务里可能new了好几个ThreadLocal对象存了几个ThreadLocal的值这些就存在Entry数组中然后我们根据当前线程和当前ThreadLocal就能找到唯一的Tvalue值。再简单点讲每个线程里都有一个成员变量本质是一个数组里面存的就是你想线程私有化的几个对象。 结构图如下 核心源码如下
// java.lang.Thread类里持有ThreadLocalMap的引用
public class Thread implements Runnable {... ...ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals null;... ...
}// java.lang.ThreadLocal有内部静态类ThreadLocalMap主要提供给Thread类使用
public class ThreadLocalT {... ...static class ThreadLocalMap {// 存线程私有变量private Entry[] table;// ThreadLocalMap内部有Entry类Entry的key是ThreadLocal本身value是泛型值static class Entry extends WeakReferenceThreadLocal? {Object value;Entry(ThreadLocal? k, Object v) {super(k);value v;}}}... ...
}ThreadLocal的成员变量 这里介绍一下ThreadLocal的成员变量。
private final int threadLocalHashCode nextHashCode() 自定义的哈希值主要是调用nextHashCode()方法获取。private static AtomicInteger nextHashCode new AtomicInteger() 下一个要给出的哈希码。自动更新。从0开始。private static final int HASH_INCREMENT 0x61c88647; 连续生成的哈希码之间的差异此为一个魔数。
ThreadLocal的成员方法 这里介绍一下ThreadLocal的成员方法。
public ThreadLocal() 构造器。 public ThreadLocal() {}private static int nextHashCode() 返回下一个哈希码。 private static int nextHashCode() {return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);}protected T initialValue() 用以初始化值这个方法将在线程第一次使用get方法访问变量时被调用如果调用get()前使用了set()设置值则不会被调用这里只是简单的初始化成了null如果需要初始化成其它值则必须将ThreadLocal子类化并重写此方法。
// 由子类提供实现。
// protected
protected T initialValue() {return null;
}public static S ThreadLocalS withInitial(Supplier? extends S supplier) 可根据提供的函数生成初始值。
public static S ThreadLocalS withInitial(Supplier? extends S supplier) {return new SuppliedThreadLocal(supplier);}public T get() 返回该当前线程对应的线程局部变量值。
public T get() {// 获取当前线程这里的currentThread()是个native方法Thread t Thread.currentThread();// 获取当前线程对应的ThreadLocalMap对象ThreadLocalMap map getMap(t);// 若获取到了。则获取此ThreadLocalMap下的entry对象若entry也获取到了那么直接获取entry对应的value返回即可if (map ! null) {// 获取此ThreadLocalMap下的entry对象把当前ThreadLocal当参数传进去ThreadLocalMap.Entry e map.getEntry(this);// 若entry也获取到了if (e ! null) {SuppressWarnings(unchecked)// 直接获取entry对应的value返回T result (T)e.value;return result;}}// 若没获取到ThreadLocalMap或没获取到Entry则设置初始值// 初始值方法是延迟加载return setInitialValue();
}boolean isPresent() 如果当前线程中ThreadLocalMap不为空且该局部变量也不为空则返回true否则返回false。 boolean isPresent() {Thread t Thread.currentThread();ThreadLocalMap map getMap(t);return map ! null map.getEntry(this) ! null;}private T setInitialValue() 设置初始值调用initialValue。
// 设置初始值
private T setInitialValue() {// 调用初始值方法由子类提供。T value initialValue();// 获取当前线程Thread t Thread.currentThread();// 获取mapThreadLocalMap map getMap(t);// 获取到了if (map ! null)// setmap.set(this, value);else// 没获取到。创建map并赋值createMap(t, value);// 返回初始值。return value;
}public void set(T value) 设置当前线程的线程局部变量的值。
public void set(T value) {// 获取当前线程Thread t Thread.currentThread();// 获取当前线程对应的ThreadLocalMap实例ThreadLocalMap map getMap(t);// 若当前线程有对应的ThreadLocalMap实例则将当前ThreadLocal对象作为keyvalue做为值存到ThreadLocalMap的entry里。if (map ! null)map.set(this, value);else// 若当前线程没有对应的ThreadLocalMap实例则创建ThreadLocalMap并将此线程与之绑定createMap(t, value);
}public void remove() 删除当前线程局部变量的值目的是为了减少内存占用和防止内存泄漏。
public void remove() {// 获取当前线程的ThreadLocalMap对象并将其移除。ThreadLocalMap m getMap(Thread.currentThread());if (m ! null)m.remove(this);
}ThreadLocalMap getMap(Thread t) 获取ThreadLocalMap在你调用ThreadLocal.get()方法的时候就会调用这个方法它的返回是当前线程里的threadLocals的引用。
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;
}void createMap(Thread t, T firstValue) 创建ThreadLocalMapThreadLocal底层其实就是一个map来维护的。
void createMap(Thread t, T firstValue) {t.threadLocals new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}// ThreadLocalMap构造器。
ThreadLocalMap(ThreadLocal? firstKey, Object firstValue) {table new Entry[INITIAL_CAPACITY];int i firstKey.threadLocalHashCode (INITIAL_CAPACITY - 1);// new了一个ThreadLocalMap的内部类Entry且将key和value传入。// key是ThreadLocal对象。table[i] new Entry(firstKey, firstValue);size 1;setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) 用工厂方法创建继承的线程局部变量的映射。 static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {return new ThreadLocalMap(parentMap);}T childValue(T parentValue) childValue()是用来在ThreadLocal子类中定义实现的在这里定义主要是提供给createInheritedMap工厂方法调用。
T childValue(T parentValue) {throw new UnsupportedOperationException();}ThreadLocal的内部类 这里介绍一下ThreadLocal的内部类。
static final class SuppliedThreadLocalT extends ThreadLocalT {} ThreadLocal的扩展从指定的提供者获取初始值。
static final class SuppliedThreadLocalT extends ThreadLocalT {private final Supplier? extends T supplier;SuppliedThreadLocal(Supplier? extends T supplier) {this.supplier Objects.requireNonNull(supplier);}Overrideprotected T initialValue() {return supplier.get();}}static class ThreadLocalMap {} ThreadLocalMap是一个定制的散列映射只适合维护线程本地值。ThreadLocalMap用类似HashMap的方式存储ThreadLocal和他对应泛型的值只不过这里只单纯的用了数组没有用到链表。没有用链表怎么解决哈希冲突问题呢其实很简单依次向下一个索引查找把值存在下一个为null的位置。 static class ThreadLocalMap {/*** ThreadLocalMap 里数组里具体存的值*/static class Entry extends WeakReferenceThreadLocal? {/*** 与当前ThreadLocal 对应的值*/Object value;Entry(ThreadLocal? k, Object v) {super(k);value v;}}/*** 初始容量必须是2的幂次数当前默认为16*/private static final int INITIAL_CAPACITY 16;/*** ThreadLocalMap 里的Entry[] 数组长度必须为2的幂次数*/private Entry[] table;/*** 当前 Entry[] table 的长度*/private int size 0;/*** 阈值超过后需扩容*/private int threshold; // Default to 0/*** 设置阈值为长度的 三分之二*/private void setThreshold(int len) {threshold len * 2 / 3;}/*** I对len取模*/private static int nextIndex(int i, int len) {return ((i 1 len) ? i 1 : 0);}/*** 获取前一个索引值*/private static int prevIndex(int i, int len) {return ((i - 1 0) ? i - 1 : len - 1);}/*** 构造方法懒加载的*/ThreadLocalMap(ThreadLocal? firstKey, Object firstValue) {// 根据初始容量初始化表table new Entry[INITIAL_CAPACITY];// 获取当前哈希值后对len进行取模确定索引位置int i firstKey.threadLocalHashCode (INITIAL_CAPACITY - 1);table[i] new Entry(firstKey, firstValue);// 初始化长度和阈值size 1;setThreshold(INITIAL_CAPACITY);}/*** 从给定父映射创建新映射 * */private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {// 初始化参数Entry[] parentTable parentMap.table;int len parentTable.length;setThreshold(len);table new Entry[len];for (Entry e : parentTable) {if (e ! null) {SuppressWarnings(unchecked)ThreadLocalObject key (ThreadLocalObject) e.get();if (key ! null) {Object value key.childValue(e.value);Entry c new Entry(key, value);int h key.threadLocalHashCode (len - 1);while (table[h] ! null)h nextIndex(h, len);table[h] c;size;}}}}/*** 查找与key相关联的条目*/private Entry getEntry(ThreadLocal? key) {// 确定索引值int i key.threadLocalHashCode (table.length - 1);Entry e table[i];if (e ! null e.get() key)return e;elsereturn getEntryAfterMiss(key, i, e);}/*** 根据key值找不到Entry时用以下方法找当前i值找不到就到i1处找*/private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal? key, int i, Entry e) {Entry[] tab table;int len tab.length;while (e ! null) {ThreadLocal? k e.get();if (k key)return e;if (k null)expungeStaleEntry(i);else// 当前索引 i 处找不到就到索引 i 1 处查找这也是ThreadLocalMap解决哈希冲突的方法即当前有值则顺位往下一个索引存i nextIndex(i, len);e tab[i];}return null;}/*** 根据ThreadLocal存对应value值*/private void set(ThreadLocal? key, Object value) {Entry[] tab table;int len tab.length;// 用key的哈希值对len取模以计算存储的索引位置int i key.threadLocalHashCode (len-1);// 这几行代码就很有意思了前面说ThreadLocalMap是没有链表的那么怎么解决哈希冲突问题呢// 就是依次往下一位索引存直到有空位为止for (Entry e tab[i]; e ! null; e tab[i nextIndex(i, len)]) {ThreadLocal? k e.get();// 如果key相等则更新值if (k key) {e.value value;return;}if (k null) {replaceStaleEntry(key, value, i);return;}}tab[i] new Entry(key, value);int sz size;if (!cleanSomeSlots(i, sz) sz threshold)rehash();}/*** 删除指定key的节点*/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();expungeStaleEntry(i);return;}}}/*** 替换已经不再被使用的旧值key为null的值 */private void replaceStaleEntry(ThreadLocal? key, Object value,int staleSlot) {Entry[] tab table;int len tab.length;Entry e;int slotToExpunge staleSlot;for (int i prevIndex(staleSlot, len);(e tab[i]) ! null;i prevIndex(i, len))if (e.get() null)slotToExpunge i;for (int i nextIndex(staleSlot, len);(e tab[i]) ! null;i nextIndex(i, len)) {ThreadLocal? k e.get();if (k key) {e.value value;tab[i] tab[staleSlot];tab[staleSlot] e;if (slotToExpunge staleSlot)slotToExpunge i;cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);return;}if (k null slotToExpunge staleSlot)slotToExpunge i;}tab[staleSlot].value null;tab[staleSlot] new Entry(key, value);if (slotToExpunge ! staleSlot)cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);}/*** staleSlot和下个空槽之间的所有空槽都将被检查和清除*/private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {Entry[] tab table;int len tab.length;// 清楚当前槽tab[staleSlot].value null;tab[staleSlot] null;size--;Entry e;int i;for (i nextIndex(staleSlot, len);(e tab[i]) ! null;i nextIndex(i, len)) {ThreadLocal? k e.get();// 如果发现key为空则清除value值if (k null) {e.value null;tab[i] null;size--;} else {int h k.threadLocalHashCode (len - 1);if (h ! i) {tab[i] null;while (tab[h] ! null)h nextIndex(h, len);tab[h] e;}}}return i;}/*** 启发式地扫描一些单位寻找陈旧的条目*/private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {boolean removed false;Entry[] tab table;int len tab.length;do {i nextIndex(i, len);Entry e tab[i];if (e ! null e.get() null) {n len;removed true;i expungeStaleEntry(i);}} while ( (n 1) ! 0);return removed;}/*** 清除旧条目后长度依然3/4threshold则扩容*/private void rehash() {expungeStaleEntries();if (size threshold - threshold / 4)resize();}/*** 将原来的容量扩大为两倍*/private void resize() {Entry[] oldTab table;int oldLen oldTab.length;int newLen oldLen * 2;Entry[] newTab new Entry[newLen];int count 0;for (Entry e : oldTab) {if (e ! null) {ThreadLocal? k e.get();// 清除旧表无用值if (k null) {e.value null; // Help the GC} else {// 找到合适位置并存储int h k.threadLocalHashCode (newLen - 1);while (newTab[h] ! null)h nextIndex(h, newLen);newTab[h] e;count;}}}// 更新成员变量setThreshold(newLen);size count;table newTab;}/*** 删除表中所有陈旧的条目*/private void expungeStaleEntries() {Entry[] tab table;int len tab.length;for (int j 0; j len; j) {Entry e tab[j];if (e ! null e.get() null)expungeStaleEntry(j);}}}问题解答 相信看了上面的源码文章开头的部分问题你已经有了自己的答案接下来我们再对一下答案。 1. ThreadLocal能不能代替Synchronized和Synchronized的区别是什么 答ThreadLocal肯定不能代替SynchronizedThreadLocal只是让变量变成了完全私有化别的线程是无法访问的。而Synchronized除了解决线程冲突外更重要的是可以使变量被所有线程访问和修改。 2.Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap的关系是怎么样的 答关系有点绕Thread类中包括ThreadLocalMap成员变量ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类ThreadLocalMap有Entry数组Entry实体是键值对其中key即是ThreadLocal类型。 3 存储在jvm的堆还是栈中 答很会人会觉得变量变成线程私有了就一定是存在虚拟机栈中的其实不是我们私有变量是存在Thread对象里的而对象都是存在堆里的所以ThreadLocal的实例和他的值都是存在堆上的。
4. ThreadLocal会导致内存泄漏吗为什么 答这个要从两方面分析即ThreadLocalMap.Entry的key和value值分别讲key直接是交给了父类处理super(key)父类是个弱引用所以key完全不存在内存泄漏问题value是个强引用如果线程终止了也会被GC干掉但有时线程是不会被终止的比如线程池里的核心线程此时引用链就变成了Thread-ThreadLocalMap-Entry(key为null)-value由于value和Thread还存在链路关系还是可达的所以不会被回收这样越来越多的垃圾对象产生却无法回收最终可能导致OOM当然解决办法也简单用完私有变量后使用remove()方法即可它会删除所有value值。
5. 为什么用Entry数组而不是Entry对象 答在同一个线程里我们可能需要多个线程私有变量所以需要数组。
6. ThreadLocal里的对象一定是线程安全的吗 答不一定因为ThreadLocal.set()进去的对象可能本身可能就是可供多个线程访问的比如static对象这样是没办法保存线程安全的。
7. ThreadLocalMap只用单纯的数组存值吗如果出现哈希冲突怎么存值 答ThreadLocalMap是只用数组存Entry值如果 i 位置出现哈希冲突则存在 i 1处如果 i 1 也不为空则依次往下顺延直到找到空位为止。
