Java学习2 （ThreadLocal）

Posted 2020-12-10 Mr.Yan

ThreadLocal

每个线程的变量副本是存储在哪里的

• ThreadLocal（线程局部变量）
• 在线程之间共享变量是存在风险的，有时可能要避免共享变量，使用ThreadLocal辅助类为各个线程提供各自的实例。
• 如果加锁，那么会开销很大

实现原理：

• ThreadLocal的get方法就是从当前线程的ThreadLocalMap中取出当前线程对应的变量的副本。该Map的key是ThreadLocal对象，value是当前线程对应的变量。

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

• 变量是保存在线程中的，而不是保存在ThreadLocal变量中
• 每个线程都有一个这样的名为threadLocals 的ThreadLocalMap，以ThreadLocal和ThreadLocal对象声明的变量类型作为key和value。
• 这样，我们所使用的ThreadLocal变量的实际数据，通过get方法取值的时候，就是通过取出Thread中threadLocals引用的map，然后从这个map中根据当前threadLocal作为参数，取出数据。现在，变量的副本从哪里取出来的（本文章提出的第一个问题）已经确认解决了。
• 每个线程内部都会维护一个类似 HashMap 的对象，称为 ThreadLocalMap，里边会包含若干了 Entry（K-V 键值对），相应的线程被称为这些 Entry 的属主线程；
• Entry 的 Key 是一个 ThreadLocal 实例，Value 是一个线程特有对象。Entry 的作用即是：为其属主线程建立起一个 ThreadLocal 实例与一个线程特有对象之间的对应关系；
• Entry 对 Key 的引用是弱引用；Entry 对 Value 的引用是强引用。

为什么ThreadLocalMap的Key是弱引用

• 如果是强引用，ThreadLocal将无法被释放内存。
• 因为如果这里使用普通的key-value形式来定义存储结构，实质上就会造成节点的生命周期与线程强绑定，只要线程没有销毁，那么节点在GC分析中一直处于可达状态,没办法被回收，而程序本身也无法判断是否可以清理节点。弱引用是Java中四档引用的第三档，比软引用更加弱一些，如果一个对象没有强引用链可达，那么一般活不过下一次GC。当某个ThreadLocal已经没有强引用可达，则随着它被垃圾回收，在ThreadLocalMap里对应的Entry的键值会失效，这为ThreadLocalMap本身的垃圾清理提供了便利。

ThreadLocalMap是何时初始化的（setInitialValue）

在get时最后一行调用了setInitialValue，它又调用了我们自己重写的initialValue方法获得要线程局部变量对象。ThreadLocalMap没有被初始化的话，便初始化，并设置firstKey和firstValue；如果已经被初始化，那么将key和value放入map。

ThreadLocalMap 原理

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

• 它也是一个类似HashMap的数据结构，但是并没实现Map接口
• 也是初始化一个大小16的Entry数组，Entry对象用来保存每一个key-value键值对，只不过这里的key永远都是ThreadLocal对象，通过ThreadLocal对象的set方法，结果把ThreadLocal对象自己当做key，放进了ThreadLoalMap中。
• ThreadLoalMap的Entry是继承WeakReference，和HashMap很大的区别是，Entry中没有next字段，所以就不存在链表的情况了。所以如果存在hash冲突则使用的是开放寻址法。
• 在ThreadLocalMap中，形如key.threadLocalHashCode & (table.length - 1)（其中key为一个ThreadLocal实例）这样的代码片段实质上就是在求一个ThreadLocal实例的哈希值，只是在源码实现中没有将其抽为一个公用函数。
  对于& (INITIAL_CAPACITY - 1)，相对于2的幂作为模数取模，可以用&(2^{n-1)来替代%2}n，位运算比取模效率高很多。至于为什么，因为对2^n取模，只要不是低n位对结果的贡献显然都是0，会影响结果的只能是低n位。

private void setThreshold(int len) {
    threshold = len * 2 / 3;
}

内存泄露

• 只有调用TheadLocal的remove或者get、set时才会采取措施去清理被回收的ThreadLocal对应的value（但也未必会清理所有的需要被回收的value）。假如一个局部的ThreadLocal不再需要，如果没有去调用remove方法清除，那么有可能会发生内存泄露。
• 既然已经发现有内存泄露的隐患，自然有应对的策略，在调用ThreadLocal的get()、set()可能会清除ThreadLocalMap中key为null的Entry对象，这样对应的value就没有GC Roots可达了，下次GC的时候就可以被回收，当然如果调用remove方法，肯定会删除对应的Entry对象。
• 如果使用ThreadLocal的set方法之后，没有显式的调用remove方法，就有可能发生内存泄露，所以养成良好的编程习惯十分重要，使用完ThreadLocal之后，记得调用remove方法
• JDK建议将ThreadLocal变量定义成private static的，这样的话ThreadLocal的生命周期就更长，由于一直存在ThreadLocal的强引用，所以ThreadLocal也就不会被回收，也就能保证任何时候都能根据ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，然后remove它，防止内存泄露。