Java的ThreadLocal類

ThreadLocal是一個(gè)泛型類，作用是實(shí)現(xiàn)線程隔離，ThreadLocal類型的變量，在每個(gè)線程中都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)具體對(duì)象，對(duì)象類型需要在聲明ThreadLocal變量時(shí)指定。

ThreadLocal的使用示例

package org.example.thread;

import org.example.domain.Book;

public class ThreadLocalTest {

    ThreadLocal<Book> localBook = new ThreadLocal<>();

    Book book = new Book();

    public void test() {

        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                localBook.set(book);
                System.out.println(localBook.get());
                localBook.remove();
            }
        });
        thread.start();

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println(localBook.get());

        localBook.remove();
    }

    public static void main(String[] arg) {
        ThreadLocalTest localBookTest = new ThreadLocalTest();
        localBookTest.test();
    }
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

示例代碼中，只聲明了一個(gè) ThreadLocal 變量localBook，在子線程中設(shè)置了localBook的值，但是在最后主線程中進(jìn)行打印時(shí)，發(fā)現(xiàn)為null，和子線程中的結(jié)果不一樣。

具體原因還要看看ThreadLocal類，以及內(nèi)部 set、get等方法的實(shí)現(xiàn)。

原理

1、ThreadLocal中有一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類 ThreadLocalMap，ThreadLocalMap中維護(hù)了一個(gè) Entry數(shù)組，Entry又是ThreadLocalMap的內(nèi)部類，用來表示一個(gè)KV鍵值對(duì)。部分源碼如下：

    static class ThreadLocalMap {

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

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

        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        private Entry[] table;

Entry的 key是一個(gè)指向ThreadLocal對(duì)象的弱引用，value則指向與key對(duì)應(yīng)的Object對(duì)象。

2、Thread類中，有一個(gè)ThreadLocalMap類型的成員變量，初始為null：

    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

也就是說，每個(gè)線程對(duì)象中，都有一個(gè)ThreadLocalMap，它里面可以有很多個(gè)Entry，每個(gè)Entry中的key都指向一個(gè)ThreadLocal對(duì)象，value則指向與key相對(duì)應(yīng)的Object對(duì)象。在線程中調(diào)用ThreadLocal對(duì)象的set、get方法，實(shí)際操作的是當(dāng)前線程自己的ThreadLocalMap。

3、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;
    }

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

果然，這里先拿到當(dāng)前線程中的ThreadLocalMap，如果不為空則直接添加一組鍵值對(duì)，key是當(dāng)前的ThreadLocal變量； 如果map為空，則新建一個(gè)map，同樣添加一組鍵值對(duì)，key是當(dāng)前的ThreadLocal變量，然后將map賦值給當(dāng)前線程的ThreadLocalMap。

4、get方法

    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();
    }

同理，get方法拿到的也是線程本地的ThreadLocalMap中，與當(dāng)前ThreadLocal變量對(duì)應(yīng)的value對(duì)象。

5、remove方法

     public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null) {
             m.remove(this);
         }
     }

        private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            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)]) {
                if (e.get() == key) {
                    e.clear();
                    expungeStaleEntry(i);
                    return;
                }
            }
        }

remove方法，移除當(dāng)前線程的ThreadLocalMap中，與當(dāng)前ThreadLocal對(duì)象對(duì)應(yīng)的鍵值對(duì)（key、value及Entry置空）。

內(nèi)存泄漏相關(guān)

1、為什么ThreadLocalMap中的key要使用弱引用？

弱引用特性：在對(duì)象沒有被強(qiáng)引用指向，而僅被弱引用指向的情況下，發(fā)生垃圾回收時(shí)，會(huì)直接清理掉該對(duì)象。 套用網(wǎng)上出現(xiàn)較多的一張圖片來表示ThreadLocal變量的內(nèi)存結(jié)構(gòu)：

這里實(shí)線表示強(qiáng)引用，虛線表示弱引用。 假設(shè)key也是強(qiáng)引用，如果我們把 ThreadLocal Ref這個(gè)引用置為null，表示我們不再需要這個(gè)ThreadLocal對(duì)象，那么發(fā)生垃圾回收時(shí)，這個(gè)變量理應(yīng)被回收掉；但實(shí)際并非如此，因?yàn)楫?dāng)前線程中還持有一個(gè)強(qiáng)引用，也就是ThreadLocalMap中的key還在指向它，那么只要線程不結(jié)束，這個(gè)沒有實(shí)際作用的ThreadLocal對(duì)象就一直不會(huì)被回收，從而出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。而將key設(shè)計(jì)為弱引用，就能保證這種情況下ThreadLocal對(duì)象被回收，一定程度避免內(nèi)存泄漏問題。

2、為什么使用完ThreadLocal對(duì)象，要在線程中調(diào)用remove方法？ 雖然弱引用可以使不再使用的ThreadLocal對(duì)象被回收掉，但還有一個(gè)問題： Entry中的key被置為了null，對(duì)應(yīng)的value已經(jīng)無法通過key訪問到，然而Current thread -> ThreadLocalMap -> Entry(value) -> my value 這條強(qiáng)引用鏈仍然存在，也就是說還存在key為null，但value不為null的entry，如果這類entry不被清理掉，還是會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

key為null的entry如何清理？ 在ThreadLocalMap的Entry數(shù)組中，key為null的entry也會(huì)占用一個(gè)數(shù)組下標(biāo)，而Threadlocal的set、get等方法，正是根據(jù)key的hashCode計(jì)算得到數(shù)組下標(biāo)，然后根據(jù)下標(biāo)找到對(duì)應(yīng)的entry進(jìn)行操作。 為了維護(hù)ThreadLocalMap的可用性，不讓這些key為null的無用entry占用過多空間，set、get方法在某些情況下也會(huì)對(duì)key為null的entry進(jìn)行清理。但是用戶有可能不再需要調(diào)用其他ThreadLocal變量的set或get方法，所以這種方式是被動(dòng)且沒有針對(duì)性的。

建議在不使用ThreadLocal對(duì)象之后，直接調(diào)用remove方法，其作用就是將對(duì)應(yīng)entry的key、value置空，并將entry從數(shù)組中移除，切斷下圖中的這三處引用關(guān)系，防止內(nèi)存泄漏。

到此這篇關(guān)于Java線程中的ThreadLocal類解讀的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java的ThreadLocal類內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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