【多线程与高并发】ThreadLocal 详解
ThreadLocal
什么是ThreadLocal
ThreadLocal提供了线程的局部变量,每个线程都可以通过set()
和get()
来对这个局部变量进行操作,但不会和其他线程的局部变量进行冲突,实现了线程的数据隔离~。
简要言之:往ThreadLocal中填充的变量属于当前线程,该变量对其他线程而言是隔离的。
为什么有要用ThreadLocal
ThreadLocal可以让我们拥有当前线程的变量,那这个作用有什么用呢???
(1)管理Connection
**最典型的是管理数据库的Connection:**当时在学JDBC的时候,为了方便操作写了一个简单数据库连接池,需要数据库连接池的理由也很简单,频繁创建和关闭Connection是一件非常耗费资源的操作,因此需要创建数据库连接池~
那么,数据库连接池的连接怎么管理呢??我们交由ThreadLocal来进行管理。为什么交给它来管理呢??ThreadLocal能够实现当前线程的操作都是用同一个Connection,保证了事务!
(2)避免一些参数传递
避免一些参数的传递的理解可以参考一下Cookie和Session:
- 每当我访问一个页面的时候,浏览器都会帮我们从硬盘中找到对应的Cookie发送过去。
- 浏览器是十分聪明的,不会发送别的网站的Cookie过去,只带当前网站发布过来的Cookie过去
浏览器就相当于我们的ThreadLocal,它仅仅会发送我们当前浏览器存在的Cookie(ThreadLocal的局部变量),不同的浏览器对Cookie是隔离的(Chrome,Opera,IE的Cookie是隔离的【在Chrome登陆了,在IE你也得重新登陆】),同样地:线程之间ThreadLocal变量也是隔离的….
那上面避免了参数的传递了吗??其实是避免了。Cookie并不是我们手动传递过去的,并不需要写``来进行传递参数…
ThreadLocal实现的原理
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;
......
}Copy to clipboardErrorCopied
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;
}Copy to clipboardErrorCopied
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 ,Object 对象为 value 的键值对。
ThreadLocalMap
是ThreadLocal
的静态内部类。
ThreadLocal原理总结
- 每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用
- ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类,用Entry来进行存储
- 调用ThreadLocal的set()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap设置值,key是ThreadLocal对象,值是传递进来的对象
- 调用ThreadLocal的get()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap获取值,key是ThreadLocal对象
- ThreadLocal本身并不存储值,它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value。
正因为这个原理,所以ThreadLocal能够实现“数据隔离”,获取当前线程的局部变量值,不受其他线程影响~
ThreadLocal内存泄露问题
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。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;
}
}
强引用、软引用、弱引用、虚引用
对象的引用被划分为4种级别,从而使程序能更加灵活控制对象的生命周期。这
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种级别由高到低依次为:强引用、软引用、弱引用和虚引用。
强引用(StrongReference)
强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,那垃圾回收器绝不会回收它。如果不及时处理强引用对象,则会发生内存空间不足的现象,所以不用强引用对象时,需要弱化从而使GC可以回收。
举例:在ArrayList中的cleat方法:
在ArrayList中,调用clear方法清空数组时,每个数组元素都被赋为null,比直接将数组地址复制为null,
elementData=null
这种方式的强引用还在,之后调用add()方法会重新分配内存。软引用(SoftReference)
如果一个对象只具有软引用,则内存空间充足时,垃圾回收器就不会回收它;如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。
软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
弱引用(WeakReference)
弱引用时不管当前的内存空间足够与否,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。
JVM
首先将软引用中的对象引用置为null
,然后通知垃圾回收器进行回收。虚引用(PhantomReference)
虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收器回收。
应用场景:虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。
虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。
ThreadLocal内存泄漏的根源是:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长,如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏,而不是因为弱引用。
想要避免内存泄露就要手动remove()掉!
最后要记住的是:ThreadLocal设计的目的就是为了能够在当前线程中有属于自己的变量,并不是为了解决并发或者共享变量的问题