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1. ThreadLocal詳解

JDK1.2版本起，Java就提供了java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal為每個(gè)使用線程都提供獨(dú)立的變量副本，可以做到線程間的數(shù)據(jù)隔離，每個(gè)線程都可以訪問(wèn)各自內(nèi)部的副本變量。

線程上下文ThreadLocal又稱為"線程保險(xiǎn)箱"，ThreadLocal能夠?qū)⒅付ǖ淖兞亢彤?dāng)前線程進(jìn)行綁定，線程之間彼此隔離，持有不同的對(duì)象實(shí)例，從而避免了數(shù)據(jù)資源的競(jìng)爭(zhēng)。

2. ThreadLocal的使用場(chǎng)景

在進(jìn)行對(duì)象跨層傳遞的時(shí)候，可以考慮ThreadLocal，避免方法多次傳遞，打破層次間的約束。
線程間數(shù)據(jù)隔離。
進(jìn)行事務(wù)操作，用于儲(chǔ)存線程事務(wù)信息。

注意：

ThreadLocal并不是解決多線程下共享資源的一種技術(shù)，一般情況下，每一個(gè)線程的ThreadLocal存儲(chǔ)的都是一個(gè)全新的對(duì)象(通過(guò)new關(guān)鍵字創(chuàng)建)，如果多線程的ThreadLocal存儲(chǔ)了一個(gè)對(duì)象引用，那么就會(huì)面臨資源競(jìng)爭(zhēng)，數(shù)據(jù)不一致等并發(fā)問(wèn)題。

3.常用方法源碼解析

3.1 initialValue方法

protected T initialValue() {
      return null;
}

此方法為ThreadLocal保存的數(shù)據(jù)類型指定的一個(gè)初始化值，在ThreadLocal中默認(rèn)返回null。但可以重寫initialValue()方法進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化。

如果使用的是Java8提供的Supplier函數(shù)接口更加簡(jiǎn)化：

// withInitial()實(shí)際是創(chuàng)建了一個(gè)ThreadLocal的子類SuppliedThreadLocal，重寫initialValue()
ThreadLocal<Object> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(Object::new);

3.2 set(T value)方法

主要存儲(chǔ)指定數(shù)據(jù)。

public void set(T value) {
  // 獲取當(dāng)前線程Thread.currentThread() 
  Thread t = Thread.currentThread();
  // 根據(jù)當(dāng)前線程獲取與之關(guān)聯(lián)的ThreadLocalMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
  ThreadLocalMap map = getMap(t);
  if (map != null)
      // 核心方法。set 遍歷整個(gè)Entry的過(guò)程，后面有詳解
      map.set(this, value);
  else {
      // 調(diào)用createMap(),創(chuàng)建ThreadLocalMap,key為當(dāng)前ThreadLocal實(shí)例，存入數(shù)據(jù)為當(dāng)前value。
      // ThreadLocal會(huì)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)長(zhǎng)度為16Entry節(jié)點(diǎn)，并將k-v放入i位置(i位置計(jì)算方式和hashmap相似，
      // 當(dāng)前線程的hashCode&(entry默認(rèn)長(zhǎng)度-1)),并設(shè)置閾值(默認(rèn)為0)為Entry默認(rèn)長(zhǎng)度的2/3。
      createMap(t, value);
  }
}
// set 遍歷整個(gè)Entry的過(guò)程
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
  // 獲取所有的Entry
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  // 根據(jù)ThreadLocal對(duì)象，計(jì)算角標(biāo)位置
  int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 循環(huán)查找
  for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
      ThreadLocal<?> k = e.get();
// 找到相同的就直接覆蓋，直接返回。
      if (k == key) {
          e.value = value;
          return;
      }
// 如果ThreadLocal為null，直接驅(qū)出并使用新數(shù)據(jù)(Value)占居原來(lái)位置，
// 這個(gè)過(guò)程主要是防止內(nèi)存泄漏。
      if (k == null) {
          // 驅(qū)除ThreadLocal為null的Entry，并放入Value，這也是內(nèi)存泄漏的重點(diǎn)地區(qū)
          replaceStaleEntry(key, value, i);
          return;
      }
  }
// entry都為null，創(chuàng)建新的entry，已ThreadLocal為key，將存放數(shù)據(jù)為Value。
  tab[i] = new Entry(key, value);
  int sz = ++size;
  // ThreadLoaclMapde的當(dāng)前數(shù)據(jù)元素的個(gè)數(shù)和閾值比較，再次進(jìn)行key為null的清理工作。
  if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
      // 整理Entry，當(dāng)Entry中的ThreadLocal對(duì)象為null時(shí)，通過(guò)重新計(jì)算角標(biāo)位來(lái)清理
      // 以前ThreadLocal。如果Entry數(shù)量大于3/4容量進(jìn)行擴(kuò)容
      rehash();
}

3.3 get方法

get()用于返回當(dāng)前線程ThreadLocal中數(shù)據(jù)備份，當(dāng)前線程的數(shù)據(jù)都存在一個(gè)ThreadLocalMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

public T get() {
  Thread t = Thread.currentThread();
  // 獲得ThreadLocalMap對(duì)象map，ThreadLocalMap是和當(dāng)前Thread關(guān)聯(lián)的，
  ThreadLocalMap map = getMap(t);
  if (map != null) {
      // 存入ThreadLocal中的數(shù)據(jù)實(shí)際上是存儲(chǔ)在ThreadLocalMap的Entry中。
      // 而此Entry是放在一個(gè)Entry數(shù)組里面的。
      // 獲取當(dāng)前ThreadLocal對(duì)應(yīng)的entry
      ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
      if (e != null) {
          // 直接返回當(dāng)前數(shù)據(jù) 
          T result = (T)e.value;
          return result;
      }
  }
  // ThreadLocalMap未初始化，首先初始化
  return setInitialValue();
}
// ThreadLocal的setInitialValue方法源碼
private T setInitialValue() {
  // 為ThreadLocalMap指定Value的初始化值
  T value = initialValue();
  Thread t = Thread.currentThread();
  // 根據(jù)本地線程Thread獲取ThreadLocalMap，一下方法與Set方法相同。
  ThreadLocalMap map = getMap(t);
  if (map != null)
      // 如果map存在，直接調(diào)用set()方法進(jìn)行賦值。
      map.set(this, value);
  else
      // map==null；創(chuàng)建ThreadLocalMap對(duì)象，并將Thread和value關(guān)聯(lián)起來(lái)
      createMap(t, value);
  return value;
}

3.4 小結(jié)

initialValue()：初始化ThreadLocal中的value屬性值。
set()：獲取當(dāng)前線程，根據(jù)當(dāng)前線程從ThreadLocals中獲取ThreadLocalMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，
- 如果ThreadLocalmap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒創(chuàng)建，則創(chuàng)建ThreadLocalMap,key為當(dāng)前ThreadLocal實(shí)例，存入數(shù)據(jù)為當(dāng)前value。ThreadLocal會(huì)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)長(zhǎng)度為16Entry節(jié)點(diǎn)，并將k-v放入i位置(i位置計(jì)算方式和hashmap相似，當(dāng)前線程的hashCode&(entry默認(rèn)長(zhǎng)度-1)),并設(shè)置閾值(默認(rèn)為0)為Entry默認(rèn)長(zhǎng)度的2/3。
- 如果ThreadLocalMap存在。就會(huì)遍歷整個(gè)Map中的Entry節(jié)點(diǎn)，如果entry中的key和本線程ThreadLocal相同，將數(shù)據(jù)(value)直接覆蓋，并返回。如果ThreadLoca為null，驅(qū)除ThreadLocal為null的Entry，并放入Value，這也是內(nèi)存泄漏的重點(diǎn)地區(qū)。
get()
get()方法比較簡(jiǎn)單。就是根據(jù)Thread獲取ThreadLocalMap。通過(guò)ThreadLocal來(lái)獲得數(shù)據(jù)value。注意的是：如果ThreadLocalMap沒有創(chuàng)建，直接進(jìn)入創(chuàng)建過(guò)程。初始化ThreadLocalMap。并直接調(diào)用和set方法一樣的方法。

3.4 ThreadLocalMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

set()還是get()方法都是避免不了和ThreadLocalMap和Entry打交道。ThreadLocalMap是一個(gè)類似于HashMap的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(沒有鏈表)，僅僅用于存放線程存放在ThreadLocal中的數(shù)據(jù)備份，ThreadLocalMap的所有方法對(duì)外部都是不可見的。

ThreadLocalMap中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的Entry，它是一個(gè)WeakReference類型的子類，之所以設(shè)計(jì)成WeakReference是為了能夠是JVM發(fā)生gc，能夠自動(dòng)回收，防止內(nèi)存溢出現(xiàn)象。

4. ThreadLocal的副作用

4.1 ThreadLocal引起臟數(shù)據(jù)

線程復(fù)用會(huì)產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)。

由于結(jié)程池會(huì)重用 Thread 對(duì)象，那么與 Thread 綁定的類的靜態(tài)屬性 ThreadLocal 變量也會(huì)被重用。如果在實(shí)現(xiàn)的線程 run()方法體中不顯式地調(diào)用 remove() 清理與線程相關(guān)的ThreadLocal 信息，那么如果下一個(gè)線程不調(diào)用set()設(shè)置初始值，就可能 get()到重用的線程信息，包括 ThreadLocal 所關(guān)聯(lián)的線程對(duì)象的 value 值。

// java.lang.Thread#threadLocals
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
   * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

4.2 ThreadLocal引起的內(nèi)存泄漏

在上面提到ThreadLocalMap中存放的Entry是WeakReference的子類。所以在JVM觸發(fā)GC(young gc，F(xiàn)ull GC)時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致Entry的回收

在get數(shù)據(jù)的時(shí)候，增加檢查，清除已經(jīng)被回收器回收的Entry（WeakReference可以自動(dòng)回收）

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
  ThreadLocal<?> k = e.get();
...
  if (k == null)
      // 清除 key 是 null 的Entry
      expungeStaleEntry(i);
...
return null;
}
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;
          // 清除key==null 的Entry
          i = expungeStaleEntry(i);
      }
  } while ( (n >>>= 1) != 0);
  return removed;
}

set數(shù)據(jù)時(shí)增加檢查，刪除已經(jīng)被垃圾回收器清理的Entry，并將其移除

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;
          // 清除key==null 的Entry
          i = expungeStaleEntry(i);
      }
  } while ( (n >>>= 1) != 0);
  return removed;
}

基于上面三點(diǎn)：ThreadLocal在一定程度上保證不會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏。但是Thread類中有ThreadlocalMap的引用，導(dǎo)致對(duì)象的可達(dá)性，故不能回收。

ThreadLocal被置為null清除了。但是通過(guò)ThreadLocalMap還是被Thread類引用。導(dǎo)致該數(shù)據(jù)是可達(dá)的。所以內(nèi)存得不到釋放，除非當(dāng)前線程結(jié)束，Thread引用就會(huì)被垃圾回收器回收。如圖所示

ThreadLocal常用方法、使用場(chǎng)景及注意事項(xiàng)說(shuō)明

ThreadLocal常用方法、使用場(chǎng)景及注意事項(xiàng)說(shuō)明 5

5. ThreadLocal內(nèi)存泄漏解決方案及remove方法源碼解析

解決ThreadLocal內(nèi)存泄漏的常用方法是：在使用完ThreadLocal之后，及時(shí)remove掉。

public void remove() {
  // 根據(jù)當(dāng)前線程，獲取ThreadLocalMap
  ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
  if (m != null)
      // map不為null，執(zhí)行remove操作
      m.remove(this);
}
// ThreadLocal 的remove()
private void remove(ThreadLocal<?> key) {
  // 獲取存放key-value的數(shù)組。
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  // 根據(jù)ThreadLocal的HashCode確定唯一的角標(biāo)
  int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
  for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
      if (e.get() == key) {
          // 如果和本ThreadLocal相同。將引用置null。
          e.clear();
          // 實(shí)行Enty和Entry.value置null。源碼中 tab[staleSlot].value = null; tab[staleSlot] = null;
          expungeStaleEntry(i);
          return;
      }
  }
}

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持服務(wù)器之家。

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