【Java并发编程】之ThreadLocal

爱被打了一巴掌 2023-02-23 05:06 10阅读 0赞

## ThreadLocal简介 ##

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通常情况下，我们创建的变量是可以被任何一个线程访问并修改的。**如果想实现每一个线程都有自己的专属本地变量该如何解决呢？** JDK中提供的`ThreadLocal`类正是为了解决这样的问题。**`ThreadLocal`类主要解决的就是让每个线程绑定自己的值，可以将`ThreadLocal`类形象的比喻成存放数据的盒子，盒子中可以存储每个线程的私有数据。**

**如果你创建了一个`ThreadLocal`变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的本地副本，这也是`ThreadLocal`变量名的由来。他们可以使用 `get（）` 和 `set（）` 方法来获取默认值或将其值更改为当前线程所存的副本的值，从而避免了线程安全问题。**

## ThreadLocal示例 ##

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public class ThreadLocalExample implements Runnable{ 
    
         // SimpleDateFormat 不是线程安全的，所以每个线程都要有自己独立的副本
        private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyyMMdd HHmm"));
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            ThreadLocalExample obj = new ThreadLocalExample();
            for(int i=0 ; i<10; i++){ 
                Thread t = new Thread(obj, ""+i);
                Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                t.start();
            }
        }
    
        @Override
        public void run() { 
            System.out.println("Thread Name= "+Thread.currentThread().getName()+" default Formatter = "+formatter.get().toPattern());
            try { 
                Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
            //formatter pattern is changed here by thread, but it won't reflect to other threads
            formatter.set(new SimpleDateFormat());
    
            System.out.println("Thread Name= "+Thread.currentThread().getName()+" formatter = "+formatter.get().toPattern());
        }
    }
    
    output >>>>>
    Thread Name= 0 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 0 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 1 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 2 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 1 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 3 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 2 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 4 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 3 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 4 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 5 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 5 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 6 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 6 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 7 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 7 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 8 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 9 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
    Thread Name= 8 formatter = yy-M-d ah:mm
    Thread Name= 9 formatter = yy-M-d ah:mm

## ThreadLocal原理 ##

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从 `Thread`类源代码入手:

public class Thread implements Runnable { 
     ......
    //与此线程有关的ThreadLocal值。由ThreadLocal类维护
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    
    //与此线程有关的InheritableThreadLocal值。由InheritableThreadLocal类维护
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
     ......
    }

从上面`Thread`类 源代码可以看出`Thread` 类中有一个 `threadLocals` 和 一个 `inheritableThreadLocals` 变量，它们都是 `ThreadLocalMap` 类型的变量,我们可以把 `ThreadLocalMap` 理解为`ThreadLocal` 类实现的定制化的 `HashMap`。默认情况下这两个变量都是null，只有当前线程调用 `ThreadLocal` 类的 `set`或`get`方法时才创建它们，实际上调用这两个方法的时候，我们调用的是`ThreadLocalMap`类对应的 `get()`、`set()`方法。

`ThreadLocal`类的`set()`方法:

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;
    }

通过上面这些内容，我们足以通过猜测得出结论：**最终的变量是放在了当前线程的 `ThreadLocalMap` 中，并不是存在 `ThreadLocal` 上，`ThreadLocal` 可以理解为只是`ThreadLocalMap`的封装，传递了变量值。** `ThrealLocal` 类中可以通过`Thread.currentThread()`获取到当前线程对象后，直接通过`getMap(Thread t)`可以访问到该线程的`ThreadLocalMap`对象。

**每个`Thread`中都具备一个`ThreadLocalMap`，而`ThreadLocalMap`可以存储以`ThreadLocal`为key的键值对。** 比如我们在同一个线程中声明了两个 `ThreadLocal` 对象的话，`Thread`内部都是使用仅有那个`ThreadLocalMap` 存放数据的，`ThreadLocalMap`的 key 就是 `ThreadLocal`对象，value 就是 `ThreadLocal` 对象调用`set`方法设置的值。`ThreadLocal` 是 map结构是为了让每个线程可以关联多个 `ThreadLocal`变量。这也就解释了 ThreadLocal 声明的变量为什么在每一个线程都有自己的专属本地变量。

`ThreadLocalMap`是`ThreadLocal`的静态内部类。

## ThreadLocal 内存泄露问题 ##

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`ThreadLocalMap` 中使用的 key 为 `ThreadLocal` 的弱引用,而 value 是强引用。所以，如果 `ThreadLocal` 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key 会被清理掉，而 value 不会被清理掉。这样一来，`ThreadLocalMap` 中就会出现key为null的Entry。假如我们不做任何措施的话，value 永远无法被GC 回收，这个时候就可能会产生内存泄露。ThreadLocalMap实现中已经考虑了这种情况，在调用 `set()`、`get()`、`remove()` 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。使用完 `ThreadLocal`方法后 最好手动调用`remove()`方法

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { 
         /** The value associated with this ThreadLocal. */
         Object value;
    
         Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { 
             super(k);
             value = v;
         }
     }

## 弱引用介绍： ##

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如果一个对象只具有弱引用，那就类似于**可有可无的生活用品**。弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程， 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。