(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

Java并发编程：深入剖析ThreadLoca

Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

说下自己的理解：使用ThreadLocal能够实现空间换时间，重在理解ThreadLocal是如何复制线程副本，ThreadLocal中的四个方法，ThreadLocalMap的使用，在使用ThreadLocal时候有个初始化ThreadLocal变量的过程——set（）或者initialValue()，在这里实现线程副本的复制过程。然后多线程之间调用时候相互之间就没有任何关系了。（下面的红色加粗部分即是）

总之，ThreadLocal不是用来解决对象共享访问问题的，而主要是提供了保持对象的方法和避免参数传递的方便的对象访问方式。归纳了两点：
1。每个线程中都有一个自己的ThreadLocalMap类对象，可以将线程自己的对象保持到其中，各管各的，线程可以正确的访问到自己的对象。
2。将一个共用的ThreadLocal静态实例作为key，将不同对象的引用保存到不同线程的ThreadLocalMap中，然后在线程执行的各处通过这个静态ThreadLocal实例的get()方法取得自己线程保存的那个对象，避免了将这个对象作为参数传递的麻烦。

ThreadLocal并不是为线程保存了对象的副本，ThreadLocal是为每个线程隔离了一个类的实例，这个实例的作用于仅限于线程内部。

ThreadLocal 不是用于解决共享变量的问题的，不是为了协调线程同步而存在，而是为了方便每个线程处理自己的状态而引入的一个机制，理解这点对正确使用ThreadLocal至关重要。

　　想必很多朋友对ThreadLocal并不陌生，今天我们就来一起探讨下ThreadLocal的使用方法和实现原理。首先，本文先谈一下对ThreadLocal的理解，然后根据ThreadLocal类的源码分析了其实现原理和使用需要注意的地方，最后给出了两个应用场景。

　　以下是本文目录大纲：

　　一.对ThreadLocal的理解

　　二.深入解析ThreadLocal类

　　三.ThreadLocal的应用场景

　　若有不正之处请多多谅解，并欢迎批评指正。

　　请尊重作者劳动成果，转载请标明原文链接：

　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html

面试知识点

阿里面试官问我ThreadLocal，我一口气给他说了四种！

ps：这个讲的太好了，强烈推荐

实际应用：

用它来解决数据库连接、Session管理等保证每一个线程中使用的数据库连接是同一个。
还有一个用的比较多的场景就是用来解决SimpleDateFormat解决线程不安全的问题，不过现在java8提供了DateTimeFormatter它是线程安全的（）。

为什么SimpleDateFormat不是线程安全的?

SimpleDateFormart 线程不安全问题

SimpleDateFormart 继承自 DateFormart，在 DataFormat 类内部有一个 Calendar 对象引用，SimpleDateFormat 转换日期都是靠这个 Calendar 对象来操作的，比如 parse(String)，format(date) 等类似的方法，Calendar 在用的时候是直接使用的，而且是改变了 Calendar 的值，这样情况在多线程下就会出现线程安全问题，如果 SimpleDateFormart 是静态的话，那么多个 thread 之间就会共享这个 SimpleDateFormart，同时也会共享这个 Calendar 引用，那么就出现数据赋值覆盖情况，也就是线程安全问题。(现在项目中用到日期转换，都是使用的 java 8 中的 LocalDate，或者 LocalDateTime，本质是这些类是不可变类，不可变一定程度上保证了线程安全)。

解决方式

在多线程下可以使用 ThreadLocal 修饰 SimpleDateFormart，ThreadLocal 可以确保每个线程都可以得到单独的一个 SimpleDateFormat 的对象，那么就不会存在竞争问题。

项目中推荐的写法

java 8 中引入新的日期类 API，这些类是不可变的，且线程安全的。
如果是 JDK8 的应用，可以使用 Instant 代替 Date，LocalDateTime 代替 Calendar，DateTimeFormatter 代替 SimpleDateFormat，官方给出的解释：simple beautiful strong immutable thread-safe。

日期转换，SimpleDateFormat 固然好用，但是现在我们已经有了更好地选择，Java 8 引入了新的日期时间 API，并引入了线程安全的日期类，一起来看看。

Instant：瞬时实例。
LocalDate：本地日期，不包含具体时间例如：2014-01-14 可以用来记录生日、纪念日、加盟日等。
LocalTime：本地时间，不包含日期。
LocalDateTime：组合了日期和时间，但不包含时差和时区信息。
ZonedDateTime：最完整的日期时间，包含时区和相对UTC或格林威治的时差。

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);  
    }

set方法还是比较简单的，我们可以重点看下这个方法里面的ThreadLocalMap，它既然是个map（注意不要与java.util.map混为一谈，这里指的是概念上的map），肯定是有自己的key和value组成，我们根据源码可以看出它的key是其实可以把它简单看成是ThreadLocal，但是实际上ThreadLocal中存放的是ThreadLocal的弱引用，而它的value的话是我们实际set的值

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

Entry就是是ThreadLocalMap里定义的节点，它继承了WeakReference类，定义了一个类型为Object的value，用于存放塞到ThreadLocal里的值。我们再来看下这个ThreadLocalMap是位于哪里的？我们看到ThreadLocalMap 是位于Thread里面的一个变量，而我们的值又是放在ThreadLocalMap，这样的话我们就实现了每个线程间的隔离。下面两张图的基本就把ThreadLocal的结构给介绍清楚了。

ps：个人理解

每一个Thread有一个ThreadLocalMap，每个map里面都存放的是Entry数组，采用线性探测法来解决冲突。每个Entry里面存储的是key value，其中key可以看成是弱引用的ThreadLocal，value就是我们设置的变量值。

一个线程中有多个ThreadLocal的时候，ThreadLocalMap中存储的就是数组

弱引用在引用变量被回收后，存在内存泄露问题

为什么entry数组的大小，以及初始容量都必须是2的幂？

对于 firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1); 以及很多源码里面都是使用 hashCode &（ -1）来代替hashCode% 。这种写法好处如下：

使用位运算替代取模，提升计算效率。
为了使不同 hash 值发生碰撞的概率更小，尽可能促使元素在哈希表中均匀地散列。

ThreadLocalMap只有一个数组，它是怎么来解决hash冲突呢？
ThreadLocalMap采用「线性探测」的方式，什么是线性探测呢？就是根「据初始key的hashcode值确定元素在table数组中的位置，如果发现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，依次判断，直至找到能够存放的位置」

下一个哈希code怎么生成？

它是在上一个被构造出的ThreadLocal的ID/threadLocalHashCode的基础上加上一个魔数0x61c88647的。这个魔数的选取与斐波那契散列有关。通过使用了斐波那契散列法，来保证哈希表的离散度，让结果很均匀。

Threadloacl存在内存泄露的情况？什么是内存泄露
在Java中，内存泄漏就是存在一些被分配的对象，这些对象有下面两个特点，
首先，这些对象是可达的，即在有向图中，存在通路可以与其相连；
其次，这些对象是无用的，即程序以后不会再使用这些对象。
如果对象满足这两个条件，这些对象就可以判定为Java中的内存泄漏，这些对象不会被GC所回收，然而它却占用内存。

ThreadLocal的内存泄露原因：
线程的生命周期很长，当ThreadLocal没有被外部强引用的时候就会被GC回收（给ThreadLocal置空了）：ThreadLocalMap会出现一个key为null的Entry，但这个Entry的value将永远没办法被访问到（后续在也无法操作set、get等方法了）。
如果这个线程一直没有结束，那这个key为null的Entry因为一直存在强引用（Entry.value），而Entry被当前线程的ThreadLocalMap强引用（Entry[] table），导致这个Entry.value永远无法被GC，造成内存泄漏。

Entry中的可以ThreadLocal是弱引用，一旦GC就被垃圾回收，key为null；但是entry还是被线程强引用，vlaue不为空，这个entry无法被使用，也无法被回收。

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

Entry中的Key是弱引用，发生垃圾回收时候就就会回收。

Map的key是ThreadLocal类的实例对象，value为用户的值

2.5.1. 强引用
在 Java 中最常见的就是强引用，把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引
用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即
使该对象以后永远都不会被用到 JVM 也不会回收。因此强引用是造成 Java 内存泄漏的主要原因之
一。
2.5.2. 软引用
软引用需要用 SoftReference 类来实现，对于只有软引用的对象来说，当系统内存足够时它
不会被回收，当系统内存空间不足时它会被回收。软引用通常用在对内存敏感的程序中。
2.5.3. 弱引用
弱引用需要用 WeakReference 类来实现，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象
来说，只要垃圾回收机制一运行，不管 JVM 的内存空间是否足够，总会回收该对象占用的内存。
2.5.4. 虚引用
虚引用需要 PhantomReference 类来实现，它不能单独使用，必须和引用队列联合使用。虚
引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态。

如何解决ThreadLocal的内存泄露问题？

ps：内存泄露主要是ThreadLocalMap中key为null的value无法被gc回收。

针对于这种情况 ThreadLocalMap在设计中，已经考虑到这种情况的发生，你只要调用了set()、get()、remove()方法都会调用cleanSomeSlots()、expungeStaleEntry()方法去清除key为null的value。这是一种被动的清理方式，但是如果ThreadLocal的set()，get()，remove()方法没有被调用，就会导致value的内存泄漏。
它的文档推荐我们使用static修饰的ThreadLocal，导致ThreadLocal的生命周期和持有它的类一样长，由于ThreadLocal有强引用在，意味着这个ThreadLocal不会被GC。在这种情况下，我们如果不手动删除，Entry的key永远不为null，弱引用也就失去了意义。所以我们在使用的时候尽可能养成一个好的习惯，使用完成后手动调用下remove方法。
其实实际生产环境中我们手动remove大多数情况并不是为了避免这种key为null的情况，更多的时候，是为了保证业务以及程序的正确性。比如我们下单请求后通过ThreadLocal构建了订单的上下文请求信息，然后通过线程池异步去更新用户积分，这时候如果更新完成，没有进行remove操作，即使下一次新的订单会覆盖原来的值但是也是有可能会导致业务问题。如果不想手动清理是否还有其他方式解决下列？ FastThreadLocal 可以去了解下，它提供了自动回收机制。

一.对ThreadLocal的理解

　　ThreadLocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

　　这句话从字面上看起来很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　我们还是先来看一个例子：

class ConnectionManager
 {

    private static Connection
 connect = null;

    public static Connection
 openConnection() {

        if(connect
 == null){

            connect
 = DriverManager.getConnection();

        }

        return connect;

    }

    public static void closeConnection()
 {

        if(connect!=null)

            connect.close();

    }

}

　　假设有这样一个数据库链接管理类，这段代码在单线程中使用是没有任何问题的，但是如果在多线程中使用呢？很显然，在多线程中使用会存在线程安全问题：第一，这里面的2个方法都没有进行同步，很可能在openConnection方法中会多次创建connect；第二，由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程调用closeConnection关闭链接。

　　所以出于线程安全的考虑，必须将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理。

　　这样将会大大影响程序执行效率，因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候，其他线程只有等待。

　　那么大家来仔细分析一下这个问题，这地方到底需不需要将connect变量进行共享？事实上，是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。

　　到这里，可能会有朋友想到，既然不需要在线程之间共享这个变量，可以直接这样处理，在每个需要使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库链接，然后在方法调用完毕再释放这个连接。比如下面这样：

class ConnectionManager
 {

    private  Connection
 connect = null;

    public Connection
 openConnection() {

        if(connect
 == null){

            connect
 = DriverManager.getConnection();

        }

        return connect;

    }

    public void closeConnection()
 {

        if(connect!=null)

            connect.close();

    }

}

class Dao{

    public void insert()
 {

        ConnectionManager
 connectionManager = new ConnectionManager();

        Connection
 connection = connectionManager.openConnection();

        //使用connection进行操作

        connectionManager.closeConnection();

    }

}

　　这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不尽严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。

　　那么这种情况下使用ThreadLocal是再适合不过的了，因为ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。

　　但是要注意，虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用ThreadLocal要大。

二.深入解析ThreadLocal类

　　在上面谈到了对ThreadLocal的一些理解，那我们下面来看一下具体ThreadLocal是如何实现的。

　　先了解一下ThreadLocal类提供的几个方法：

public T
 get() { }

public void set(T
 value) { }

public void remove()
 { }

protected T
 initialValue() { }

　　get()方法是用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本，set()用来设置当前线程中变量的副本，remove()用来移除当前线程中变量的副本，initialValue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，它是一个延迟加载方法，下面会详细说明。（理解get（）和initialValue()是关键）

　　首先我们来看一下ThreadLocal类是如何为每个线程创建一个变量的副本的。

　　先看下get方法的实现：

　　第一句是取得当前线程，然后通过getMap(t)方法获取到一个map，map的类型为ThreadLocalMap。然后接着下面获取到<key,value>键值对，注意这里获取键值对传进去的是 this，而不是当前线程t。

　　如果获取成功，则返回value值。

　　如果map为空，则调用setInitialValue方法返回value。

　　我们上面的每一句来仔细分析：

　　首先看一下getMap方法中做了什么：

　　可能大家没有想到的是，在getMap中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。

　　那么我们继续取Thread类中取看一下成员变量threadLocals是什么：

　　实际上就是一个ThreadLocalMap，这个类型是ThreadLocal类的一个内部类，我们继续取看ThreadLocalMap的实现：

　　可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作为键值。

　　然后再继续看setInitialValue方法的具体实现：

　　很容易了解，就是如果map不为空，就设置键值对，为空，再创建Map，看一下createMap的实现：

　　至此，可能大部分朋友已经明白了ThreadLocal是如何为每个线程创建变量的副本的：

　　首先，在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）。

　　初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。

　　然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

　　下面通过一个例子来证明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果：

public class Test
 {

    ThreadLocal<Long>
 longLocal = new ThreadLocal<Long>();

    ThreadLocal<String>
 stringLocal = new ThreadLocal<String>();

    public void set()
 {

        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

    }

    public long getLong()
 {

        return longLocal.get();

    }

    public String
 getString() {

        return stringLocal.get();

    }

    public static void main(String[]
 args) throws InterruptedException
 {

        final Test
 test = new Test();

        test.set();

        System.out.println(test.getLong());

        System.out.println(test.getString());

        Thread
 thread1 = new Thread(){

            public void run()
 {

                test.set();

                System.out.println(test.getLong());

                System.out.println(test.getString());

            };

        };

        thread1.start();

        thread1.join();

        System.out.println(test.getLong());

        System.out.println(test.getString());

    }

}

　　这段代码的输出结果为：

　　从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread1线程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。

　　总结一下：

　　1）实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；

　　2）为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量，就像上面代码中的longLocal和stringLocal；

　　3）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；

　　如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialValue()方法。

　　　因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一个语句是T value = initialValue()，而默认情况下，initialValue方法返回的是null。

　　看下面这个例子：

public class Test
 {

    ThreadLocal<Long>
 longLocal = new ThreadLocal<Long>();

    ThreadLocal<String>
 stringLocal = new ThreadLocal<String>();

    public void set()
 {

        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

    }

    public long getLong()
 {

        return longLocal.get();

    }

    public String
 getString() {

        return stringLocal.get();

    }

    public static void main(String[]
 args) throws InterruptedException
 {

        final Test
 test = new Test();

        System.out.println(test.getLong());

        System.out.println(test.getString());

        Thread
 thread1 = new Thread(){

            public void run()
 {

                test.set();

                System.out.println(test.getLong());

                System.out.println(test.getString());

            };

        };

        thread1.start();

        thread1.join();

        System.out.println(test.getLong());

        System.out.println(test.getString());

    }

}

　　在main线程中，没有先set，直接get的话，运行时会报空指针异常。

　　但是如果改成下面这段代码，即重写了initialValue方法：

public class Test
 {

    ThreadLocal<Long>
 longLocal = new ThreadLocal<Long>(){

        protected Long
 initialValue() {

            return Thread.currentThread().getId();

        };

    };

    ThreadLocal<String>
 stringLocal = new ThreadLocal<String>(){;

        protected String
 initialValue() {

            return Thread.currentThread().getName();

        };

    };

    public void set()
 {

        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

    }

    public long getLong()
 {

        return longLocal.get();

    }

    public String
 getString() {

        return stringLocal.get();

    }

    public static void main(String[]
 args) throws InterruptedException
 {

        final Test
 test = new Test();

        test.set();

        System.out.println(test.getLong());

        System.out.println(test.getString());

        Thread
 thread1 = new Thread(){

            public void run()
 {

                test.set();

                System.out.println(test.getLong());

                System.out.println(test.getString());

            };

        };

        thread1.start();

        thread1.join();

        System.out.println(test.getLong());

        System.out.println(test.getString());

    }

}

　　就可以直接不用先set而直接调用get了。

三.ThreadLocal的应用场景

　　最常见的ThreadLocal使用场景为用来解决数据库连接、Session管理等。

　　如：

private static ThreadLocal<Connection>
 connectionHolder

= new ThreadLocal<Connection>()
 {

public Connection
 initialValue() {

    return DriverManager.getConnection(DB_URL);

}

};

public static Connection
 getConnection() {

return connectionHolder.get();

}

　　下面这段代码摘自：

　　http://www.iteye.com/topic/103804

private static final ThreadLocal
 threadSession = new ThreadLocal();

 

public static Session
 getSession() throws InfrastructureException
 {

    Session
 s = (Session) threadSession.get();

    try {

        if (s
 == null)
 {

            s
 = getSessionFactory().openSession();

            threadSession.set(s);

        }

    } catch (HibernateException
 ex) {

        throw new InfrastructureException(ex);

    }

    return s;

}

posted @ 2015-08-20 18:12 CS408 阅读(301) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部

CS408

天下事有难易乎？为之，则难者亦易矣；不为，则易者亦难矣。人之为学有难易乎？学之，则难者亦易矣；不学，则易者亦难矣。

(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

Java并发编程：深入剖析ThreadLoca

面试知识点

set方法

一.对ThreadLocal的理解

二.深入解析ThreadLocal类

三.ThreadLocal的应用场景

公告

CS408

天下事有难易乎？为之，则难者亦易矣；不为，则易者亦难矣。 人之为学有难易乎？学之，则难者亦易矣；不学，则易者亦难矣。

(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

Java并发编程：深入剖析ThreadLoca

面试知识点

set方法

一.对ThreadLocal的理解

二.深入解析ThreadLocal类

三.ThreadLocal的应用场景

公告

天下事有难易乎？为之，则难者亦易矣；不为，则易者亦难矣。人之为学有难易乎？学之，则难者亦易矣；不学，则易者亦难矣。