内容简介:ThreadLocal类是用来提供线程内部的局部变量。让这些变量在多线程环境下访问(get/set)时能保证各个线程里的变量相对独立于其他线程内的变量。ThreadLocal是一个关于创建线程局部变量的类。通常情况下,我们创建的成员变量都是线程不安全的。因为他可能被多个线程同时修改,此变量对于多个线程之间彼此并不独立,是共享变量。而使用ThreadLocal创建的变量只能被当前线程访问,其他线程无法访问和修改。也就是说:将线程公有化变成线程私有化。
0、问题
- 和Synchronized的区别
- 存储在jvm的哪个区域
- 真的只是当前线程可见吗
- 会导致内存泄漏么
- 为什么用Entry数组而不是Entry对象
- 你学习的开源框架哪些用到了ThreadLocal
- ThreadLocal里的对象一定是线程安全的吗
- 笔试题
一、概述
1、官方术语
ThreadLocal类是用来提供线程内部的局部变量。让这些变量在多线程环境下访问(get/set)时能保证各个线程里的变量相对独立于其他线程内的变量。
2、大白话
ThreadLocal是一个关于创建线程局部变量的类。
通常情况下,我们创建的成员变量都是线程不安全的。因为他可能被多个线程同时修改,此变量对于多个线程之间彼此并不独立,是共享变量。而使用ThreadLocal创建的变量只能被当前线程访问,其他线程无法访问和修改。也就是说:将线程公有化变成线程私有化。
二、应用场景
- 每个线程都需要一个独享的对象(比如 工具 类,典型的就是
SimpleDateFormat
,每次使用都new一个多浪费性能呀,直接放到成员变量里又是线程不安全,所以把他用ThreadLocal
管理起来就完美了。)
比如:
/** * Description: SimpleDateFormat就一份,不浪费资源。 * * @author TongWei.Chen 2020-07-10 14:00:29 */ public class ThreadLocalTest05 { public static String dateToStr(int millisSeconds) { Date date = new Date(millisSeconds); SimpleDateFormat simpleDateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get(); return simpleDateFormat.format(date); } private static final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100); public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 3000; i++) { int j = i; executorService.execute(() -> { String date = dateToStr(j * 1000); // 从结果中可以看出是线程安全的,时间没有重复的。 System.out.println(date); }); } executorService.shutdown(); } } class ThreadSafeFormatter { public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal() { @Override protected SimpleDateFormat initialValue() { return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"); } }; // java8的写法,装逼神器 // public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = // ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss")); }
细心的朋友已经发现了,这TM也是每个线程都创建一个 SimpleDateFormat
啊,跟直接在方法内部new没区别,错了,大错特错!1个请求进来是一个线程,他可能贯穿了N个方法,你这N个方法假设有3个都在使用 dateToStr()
,你直接new的话会产生三个 SimpleDateFormat
对象,而用 ThreadLocal
的话只会产生一个对象,一个线程一个。
- 每个线程内需要保存全局变量(比如在登录成功后将用户信息存到
ThreadLocal
里,然后当前线程操作的业务逻辑直接get取就完事了,有效的避免的参数来回传递的麻烦之处),一定层级上减少代码耦合度。
再细化一点就是:
ThreadLocal
三、核心知识
1、类关系
每个 Thread
对象中都持有一个 ThreadLocalMap
的成员变量。每个 ThreadLocalMap
内部又维护了N个 Entry
节点,也就是 Entry
数组,每个 Entry
代表一个完整的对象,key是 ThreadLocal
本身,value是 ThreadLocal
的泛型值。
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 public class ThreadLocal<T> { static class ThreadLocalMap { 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 WeakReference<ThreadLocal<?>> { Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { super(k); value = v; } } } }
2、类关系图
ThreadLocal
内存结构图。
3、主要方法
-
initialValue
:初始化。在get
方法里懒加载的。 -
get
:得到这个线程对应的value。 如果调用get之前没set过,则get内部会执行initialValue
方法进行初始化。 -
set
:为这个线程设置一个新值。 -
remove
:删除这个线程对应的值,防止内存泄露的最佳手段。
3.1、 initialValue
3.1.1、什么意思
见名知意,初始化一些value(泛型值)。懒加载的。
3.1.2、触发时机
调用 get
方法之前没有调用 set
方法,则 get
方法内部会触发 initialValue
,也就是说 get
的时候如果没拿到东西,则会触发 initialValue
。
3.1.3、补充说明
- 通常,每个线程最多调用一次此方法。但是如果已经调用了
remove()
,然后再次调用get()
的话,则可以再次触发initialValue
。 - 如果要重写的话一般建议采取匿名内部类的方式重写此方法,否则默认返回的是null。
比如:
public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal() { @Override protected SimpleDateFormat initialValue() { return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"); } }; // Java8的高逼格写法 public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"));
3.1.4、源码
// 由子类提供实现。 // protected的含义就是交给子类干的。 protected T initialValue() { return null; }
3.2、 get
3.2.1、什么意思
获取当前线程下的ThreadLocal中的值。
3.2.2、源码
/** * 获取当前线程下的entry里的value值。 * 先获取当前线程下的ThreadLocalMap, * 然后以当前ThreadLocal为key取出map中的value */ public T get() { // 获取当前线程 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 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。 // 知识点:我早就说了,初始值方法是延迟加载,只有在get才会用到,这下看到了吧,只有在这获取没获取到才会初始化,下次就肯定有值了,所以只会执行一次!!! return setInitialValue(); }
3.3、 set
3.3.1、什么意思
其实干的事和 initialValue
是一样的,都是set值,只是调用时机不同。set是想用就用,api摆在这里,你想用就调一下set方法。很自由。
3.3.2、源码
/** * 设置当前线程的线程局部变量的值 * 实际上ThreadLocal的值是放入了当前线程的一个ThreadLocalMap实例中,所以只能在本线程中访问。 */ 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,注意这里是将t传进去了,t是当前线程,就是说ThreadLocalMap是在线程里持有的引用。 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key,value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); }
3.4、 remove
3.4.1、什么意思
将当前线程下的ThreadLocal的值删除,目的是为了减少内存占用。主要目的是防止内存泄漏。内存泄漏问题下面会说。
3.4.2、源码
/** * 将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存占用。主要目的是防止内存泄漏。内存泄漏问题下面会说。 */ 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) // 直接移除以当前ThreadLocal为key的value m.remove(this); }
4、ThreadLocalMap
为啥单独拿出来说下,我就是想强调一点:这个东西是归 Thread
类所有的。它的引用在 Thread
类里,这也证实了一个问题: ThreadLocalMap
类内部为什么有 Entry
数组,而不是 Entry
对象?
因为你业务代码能new好多个 ThreadLocal
对象,各司其职。但是在一次请求里,也就是一个线程里, ThreadLocalMap
是同一个,而不是多个,不管你new几次 ThreadLocal
, ThreadLocalMap
在一个线程里就一个,因为再说一次, ThreadLocalMap
的引用是在 Thread
里的,所以它里面的 Entry
数组存放的是一个线程里你new出来的多个 ThreadLocal
对象。
核心源码如下:
// 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。 // 这个引用指向的是ThreadLocal里的ThreadLocalMap对象 ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; } public class Thread implements Runnable { // ThreadLocal.ThreadLocalMap ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; }
四、完整源码
1、核心源码
// 本地线程。Thread:线程。Local:本地 public class ThreadLocal<T> { // 构造器 public ThreadLocal() {} // 初始值,用来初始化值用的,比如:ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<>(); // 你想Integer value = count.get(); value++;这样是报错的,因为count现在还没值,取出来的是个null,所以你需要先重写此方法为value赋上初始值,本身方法是protected也代表就是为了子类重写的。 // 此方法是一个延迟调用方法,在线程第一次调用get的时候才执行,下面具体分析源码就知道了。 protected T initialValue() {} // 创建ThreadLocalMap,ThreadLocal底层其实就是一个map来维护的。 void createMap(Thread t, T firstValue) {} // 返回该当前线程对应的线程局部变量值。 public T get() {} // 获取ThreadLocalMap ThreadLocalMap getMap(Thread t) {} // 设置当前线程的线程局部变量的值 public void set(T value) {} // 将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存占用。其实当线程结束后对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以无需我们调用remove,我们调用remove无非也就是加快内存回收速度。 public void remove() {} // 设置初始值,调用initialValue private T setInitialValue() {} // 静态内部类,一个map来维护的!!! static class ThreadLocalMap { // ThreadLocalMap的静态内部类,继承了弱引用,这正是不会造成内存泄漏根本原因 // Entry的key为ThreadLocal并且是弱引用。value是值 static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {} } }
2、set()
/** * 设置当前线程的线程局部变量的值 * 实际上ThreadLocal的值是放入了当前线程的一个ThreadLocalMap实例中,所以只能在本线程中访问。 */ 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key,value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); }
3、getMap()
// 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。 // 这个引用指向的是ThreadLocal里的ThreadLocalMap对象 ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; } public class Thread implements Runnable { // ThreadLocal.ThreadLocalMap ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; }
4、map.set()
// 不多BB,就和HashMap的set一个道理,只是赋值key,value。 // 需要注意的是这里key是ThreadLocal对象,value是值 private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {}
5、createMap()
/** * 创建ThreadLocalMap对象。 * t.threadLocals在上面的getMap中详细介绍了。此处不BB。 * 实例化ThreadLocalMap并且传入两个值,一个是当前ThreadLocal对象一个是value。 */ 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); // 重点看这里!!!!!! // 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); } /** * 到这里朋友们应该真相大白了,其实ThreadLocal就是内部维护一个ThreadLocalMap, * 而ThreadLocalMap内部又维护了一个Entry对象。Entry对象是key-value形式, * key是ThreadLocal对象,value是传入的value * 所以我们对ThreadLocal的操作其实都是对内部的ThreadLocalMap.Entry的操作 * 所以保证了线程之前互不干扰。 */
6、get()
/** * 获取当前线程下的entry里的value值。 * 先获取当前线程下的ThreadLocalMap, * 然后以当前ThreadLocal为key取出map中的value */ public T get() { // 获取当前线程 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 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。 // 知识点:我早就说了,初始值方法是延迟加载,只有在get才会用到,这下看到了吧,只有在这获取没获取到才会初始化,下次就肯定有值了,所以只会执行一次!!! return setInitialValue(); }
7、setInitialValue()
// 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map ThreadLocalMap map = getMap(t); // 获取到了 if (map != null) // set map.set(this, value); else // 没获取到。创建map并赋值 createMap(t, value); // 返回初始值。 return value; }
8、initialValue()
// 由子类提供实现。 // protected protected T initialValue() { return null; }
9、remove()
/** * 将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存占用。 * 其实当线程结束后对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以无需我们调用remove,我们调用remove无非也就是加快内存回收速度。 */ 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); }
10、小结
只要捋清楚如下几个类的关系, ThreadLocal
将变得so easy!
Thread
、 ThreadLocal
、 ThreadLocalMap
、 Entry
一句话总结就是: Thread
维护了 ThreadLocalMap
,而 ThreadLocalMap
里维护了 Entry
,而 Entry
里存的是以 ThreadLocal
为key,传入的值为value的键值对。
五、答疑(面试题)
1、和Synchronized的区别
问:他和线程同步机制(如:Synchronized)提供一样的功能,这个很吊啊。
答:放屁!同步机制保证的是多线程同时操作共享变量并且能正确的输出结果。ThreadLocal不行啊,他把共享变量变成线程私有了,每个线程都有独立的一个变量。举个通俗易懂的案例:网站计数器,你给变量count++的时候带上synchronized即可解决。ThreadLocal的话做不到啊,他没发统计,他只能说能统计每个线程登录了多少次。
2、存储在jvm的哪个区域
问:线程私有,那么就是说ThreadLocal的实例和他的值是放到栈上咯?
答:不是。还是在堆的。ThreadLocal对象也是对象,对象就在堆。只是JVM通过一些技巧将其可见性变成了线程可见。
3、真的只是当前线程可见吗
问:真的只是当前线程可见吗?
答:貌似不是,貌似通过 InheritableThreadLocal
类可以实现多个线程访问 ThreadLocal
的值,但是我没研究过,知道这码事就行了。
4、会导致内存泄漏么
问:会导致内存泄漏么?
答:分析一下:
ThreadLocalMap.Entry ThreadLocalMap.Entry
先看下key-value的核心源码
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { super(k); value = v; } }
先看继承关系,发现是继承了弱引用,而且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,因为他不是强引用,它可以被GC回收的。
弱引用的特点:如果这个对象只被弱引用关联,没有任何强引用关联,那么这个对象就可以被GC回收掉。弱引用不会阻止GC回收。这是jvm知识。
再看value,发现value是个强引用,但是想了下也没问题的呀,因为线程终止了,我管你强引用还是弱引用,都会被GC掉的,因为引用链断了(jvm用的可达性分析法,线程终止了,根节点就断了,下面的都会被回收)。
这么分析一点毛病都没有,但是忘了一个主要的角色,那就是 线程池 ,线程池的存在核心线程是不会销毁的,只要创建出来他会反复利用,生命周期不会结束掉,但是key是弱引用会被GC回收掉,value强引用不会回收,所以形成了如下场面:
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,早晨内存泄漏,时间久了必定OOM。
解决方案 ThreadLocal
已经为我们想好了,提供了 remove()
方法,这个方法是将value移出去的。所以用完后记得 remove()
。
5、为什么用Entry数组而不是Entry对象
这个其实主要想考 ThreadLocalMap
是在 Thread
里持有的引用。
问: ThreadLocalMap
内部的table为什么是数组而不是单个对象呢?
答:因为你业务代码能new好多个 ThreadLocal
对象,各司其职。但是在一次请求里,也就是一个线程里, ThreadLocalMap
是同一个,而不是多个,不管你new几次 ThreadLocal
, ThreadLocalMap
在一个线程里就一个,因为 ThreadLocalMap
的引用是在 Thread
里的,所以它里面的 Entry
数组存放的是一个线程里你new出来的多个 ThreadLocal
对象。
6、你学习的开源框架哪些用到了ThreadLocal
Spring框架。
DateTimeContextHolder
RequestContextHolder
7、ThreadLocal里的对象一定是线程安全的吗
未必,如果在每个线程中 ThreadLocal.set()
进去的东西本来就是多线程共享的同一个对象,比如static对象,那么多个线程的 ThreadLocal.get()
获取的还是这个共享对象本身,还是有并发访问线程不安全问题。
8、笔试题
问:下面这段程序会输出什么?为什么?
public class TestThreadLocalNpe { private static ThreadLocal<Long> threadLocal = new ThreadLocal(); public static void set() { threadLocal.set(1L); } public static long get() { return threadLocal.get(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(() -> { set(); System.out.println(get()); }).start(); // 目的就是为了让子线程先运行完 Thread.sleep(100); System.out.println(get()); } }
答:
1 Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at com.chentongwei.study.thread.TestThreadLocalNpe.get(TestThreadLocalNpe.java:16) at com.chentongwei.study.thread.TestThreadLocalNpe.main(TestThreadLocalNpe.java:26)
为什么?
为什么输出个1,然后空指针了?
首先输出1是没任何问题的,其次主线程空指针是为什么?
如果你这里回答
那我恭喜你,你连 ThreadLocal
都不知道是啥,这明显两个线程,子线程和主线程。子线程设置1,主线程肯定拿不到啊, ThreadLocal
和线程是嘻嘻相关的。这个不多费口舌。
说说为什么是空指针?
因为你get方法用的long而不是Long,那也应该返回null啊,大哥,long是基本类型,默认值是0,没有null这一说法。 ThreadLocal
里的泛型是Long,get却是基本类型,这需要拆箱操作的,也就是会执行 null.longValue()
的操作,这绝逼空指针了。
看似一道Javase的基础题目,实则隐藏了很多知识。
六、ThreadLocal工具类
package com.duoku.base.util; import com.google.common.collect.Maps; import org.springframework.core.NamedThreadLocal; import java.util.Map; /** * Description: * * @author TongWei.Chen 2019-09-09 18:35:30 */ public class ThreadLocalUtil { private static final ThreadLocal<Map<String, Object>> threadLocal = new NamedThreadLocal("xxx-threadlocal") { @Override protected Map<String, Object> initialValue() { return Maps.newHashMap(); } }; public static Map<String, Object> getThreadLocal(){ return threadLocal.get(); } public static <T> T get(String key) { Map map = threadLocal.get(); // todo:copy a new one return (T)map.get(key); } public static <T> T get(String key,T defaultValue) { Map map = threadLocal.get(); return (T)map.get(key) == null ? defaultValue : (T)map.get(key); } public static void set(String key, Object value) { Map map = threadLocal.get(); map.put(key, value); } public static void set(Map<String, Object> keyValueMap) { Map map = threadLocal.get(); map.putAll(keyValueMap); } public static void remove() { threadLocal.remove(); } }
另
琐碎时间想看一些技术文章,可以去公众号菜单栏翻一翻我分类好的内容,应该对部分童鞋有帮助。同时看的过程中发现问题欢迎留言指出,不胜感谢~。另外,有想多了解哪些方面内容的可以留言(什么时候,哪篇文章下留言都行),附菜单栏截图(PS:很多人不知道公众号菜单栏是什么)
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网
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