面试官:说说你对ThreadLocal的了解

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一般有多个孩子的家庭,买玩具都得买多个。如果就买一个,嘿嘿就比较刺激了。这就是避免共享,给孩子每人一个玩具对应到我们Java中也就是每个线程都有自己的本地变量,咱们自己玩自己的,避免争抢,和谐相处使得线程安全。

Java就是通过ThreadLocal来实现线程本地存储的。

这思路也很清晰,就是每个线程要有自己的本地变量呗,那就Thread里面搞一个私有属性呗ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 就是如下图所示的这个关系

ThreadLocal

简单的应用如下

    public class Demo {
		private static final ThreadLocal<Foo> fooLocal = new ThreadLocal<Foo>();
 
		public static Foo getFoo() {
			return fooLocal.get();
		}
 
		public static void setFoo(Foo foo) {
			fooLocal.set(foo);
		}
	}

再深入了解一下内部情况,ThreadLocalMapThreadLocal的内部静态类,它虽然叫Map但是和java.util.Map没有啥亲戚关系,只是它实现的功能像Map

    static class ThreadLocalMap {
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
        private Entry[] table;

可以看到ThreadLocalMap里面有个Entry数组,只有数组没有像HashMap那样有链表,因此当hash冲突的之后,ThreadLocalMap采用线性探测的方式解决hash冲突。

线性探测,就是先根据初始keyhashcode值确定元素在table数组中的位置,如果这个位置上已经有其他key值的元素被占用,则利用固定的算法寻找一定步长的下个位置,依次直至找到能够存放的位置。在ThreadLocalMap步长是1。

用这种方式解决hash冲突的效率很低,因此要注意ThreadLocal的数量

        /**
         * Increment i modulo len. 
         */
        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }

        /**
         * Decrement i modulo len.
         */
        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
        }

而且可以看到这个EntryThreadLocal的弱引用作为key。那为什么要搞成弱引用(只要发生了GC弱引用对象就会被回收)呢?

首先ThreadLocal内部没有存储任何的值,它的作用只是当我们的ThreadLocalMap的key,让线程可以拿到对应的value。当我们不需要用这个key的时候我们,我们把fooLocal=null这样强引用就没了。假设Entry里面也是强引用的话,那等于这个ThreadLocal实例还有个强引用在,那么我们想让GC回收fooLocal就回收不了了。那可能有人想,你弄成弱引用不是很危险啊,万一GC一下不是没了?别怕只要fooLocal这个强引用在这个ThreadLocal实例就不会回收的。(关于强软弱虚引用可以看我之前的文章四种引用方式的区别)

因此弄成弱引用,主要是让没用的ThreadLocal得以GC清除。

这里可能还有人问那key清除掉了,value咋办,这个Entry还在的呀。是的,当在使用线程池的情况下,由于线程的生命周期很长,某些大对象的key被移除了之后,value一直存在的就可能会导致内存泄漏。

不过java考虑到这点了。当调用get()、set()方法时会去找到那个key被干掉的entry然后干掉它。并且提供了remove()方法。虽然get()、set()会清理keynull的Entry,但是不是每次调用就会清理的,只有当get时候直接hash没中,或者set时候也是直接hash没中,开始线性探测时候,碰到key为null的才会清理。

        //get 方法
        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
            Entry e = table[i];
            if (e != null && e.get() == key)
                return e;                           //命中就直接返回
            else
                return getEntryAfterMiss(key, i, e); //直接没命中
        }
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            while (e != null) { //开始探测了
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key)  //命中了就返回
                    return e;
                if (k == null)  //探测到key是null的就清理
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    i = nextIndex(i, len); //否则继续
                e = tab[i];
            }
            return null;
        }
        //set 方法
        private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            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)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key) {
                    e.value = value;    //如果已经有就替换原有的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();
        }

因此,当不需要threadlocal的时候还是显示调用remove()方法较好。

结语

线程本地存储本质就是避免共享,在使用中注意内存泄露问题和hash碰撞问题即可。使用还是很广泛的像spring中事务就用到threadlocal


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