并发编程(六)—— ThreadLocal

一、ThreadLocal简介

        多线程访问同一个共享变量时经常容易产生并发问题,为了保证线程安全,就需要一定的同步机制,除了常见的加锁处理以外,JDK还提供了ThreadLocal,即本地变量副本。当创建了一个ThreadLocal变量,那么访问这个变量的每一个线程都会有该变量的一个本地副本,当多个线程操作该变量时,实际操作的是自己的本地内存中保存的变量,从而避免了线程安全问题。

图 1-1

二、ThreadLocal使用示例

        示例代码:

图 2-1 示例代码
图 2-2 运行结果

        从运行结果可以看出threadA和threadB调用的ThreadLocal.set设置的是线程本地内存中的一个副本,这个副本在线程间是隔离的,彼此不可见。

三、ThreadLocal实现原理

        从Thread源码中可以看到,Thread有两个变量threadLocals和inheritableThreadLocals,而且都是ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的变量:

图 3-1 Thread部分源码

        即每个Thread都包含自己的ThreadLocalMap:

图 3-2 线程与ThreadLocalMap

        由ThreadLocalMap可以发现,ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类,真正起到保存线程私有数据的正是这个ThreadLocalMap,而ThreadLocal只是在外面包了一层,对外提供统一入口,下面分析一下ThreadLocalMap的源码:

图 3-3 ThreadLocalMap部分源码

        可以发现ThreadLocalMap当中有一个名为table的Entry类型的数组,且Entry的键是ThreadLocal的弱引用(WeakReference)。而ThreadLocalMap的初始化,实际上是对Entry数组的初始化:

图 3-4 ThreadLocalMap部分源码

        到这里大概就猜测到ThreadLocal对各自线程本地变量副本的操作实际上是对ThreadLocalMap的操作,我们验证一下,看几个ThreadLocal常用的api:

        (1)ThreadLocal.get

图 3-5 ThreadLocal.get 源码

           ThreadLocal中的get方法,首先会获取当前线程的ThreadLocalMap,以ThreadLocal本身作为key去ThreadLocalMap中查找,如果存在不为空Entry,就返回Entry.value,否则就会初始化ThreadLocalMap并返回初始化后的默认值,初始化源码如下:

图 3-6 ThreadLocalMap初始化源码

        (2)ThreadLocal.set

图 3-7 ThreadLocal.set源码

        先获取当前线程,并取出当前线程的ThreadLocalMap,如果ThreadLocalMap不为空,则直接以key为ThreadLocal引用为键,value为关联值进行存储;如果ThreadLocalMap为空,则会先创建ThreadLocalMap再进行存储。

        (3)ThreadLocal.remove

图 3-8 ThreadLocal.remove源码

        先根据当前线程获取到该线程的TreadLocalMap,如果ThreadLocalMap存在,就调用ThreadLocalMap.remove方法删除当前线程中指定的ThreadLocal实例的本地变量。

        综上,可以得出ThreadLocal存储的数据结构:

图 3-9 ThreadLocal

四、ThreadLocal内存泄露问题

        ThreadLocalMap是Thread类的成员变量,Thread销毁时,ThreadLocalMap也会随之销毁,即ThreadLocalMap的生命周期与Thread绑定。而ThreadLocalMap内部维护了一个Enrty数组,而Entry数组的键为ThreadLocal的弱引用,弱引用的特点是,JVM将会在下一次GC的时候清理掉弱引用,而ThreadLocalMap的value为对象的强引用,且ThreadLocalMap生命周期与Thread相同,当GC发生时,会出现key被清理,而value还存活的情况,导致value无法访问到,无法被回收,此时就会发生内存泄露。

图 4-1 ThreadLocal引用关系

强、软、弱、虚引用内容可以参考深入理解Java虚拟机(三)—— 垃圾收集器与内存分配策略

        解决办法:在将ThreadLocal设置为空前,执行remove方法,将key为空的键值对也清空。

        

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