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Java中的ThreadLocal源碼及弱引用解析

 更新時間:2024年01月11日 10:35:45   作者:好奇的7號  
這篇文章主要介紹了Java中的ThreadLocal源碼及弱引用解析,ThreadLocal類通過ThreadLocal可以實現(xiàn)全局變量在多線程環(huán)境下的線程隔離,每個線程都可以獨立地訪問和修改自己的全局變量副本,不會影響其他線程的副本,需要的朋友可以參考下

引言

我們知道在通常情況下,對于主存中的變量,每一個線程都能夠訪問并修改該變量(或?qū)ο螅?/p>

與之相對的,如果我們需要實現(xiàn)每個線程擁有自己專屬的本地變量,該如何操作呢?

此時引出ThreadLocal類,通過ThreadLocal可以實現(xiàn)全局變量在多線程環(huán)境下的線程隔離。

每個線程都可以獨立地訪問和修改自己的全局變量副本,不會影響其他線程的副本。

這在某些場景下可以簡化代碼的編寫和理解。

源碼解析

示例代碼

我們先從一段簡單的代碼示例入手:

package Thread_;
 
public class ThreadLocal {
    private static java.lang.ThreadLocal<Integer> counter = new java.lang.ThreadLocal<>();
 
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = () -> {
            // 獲取當(dāng)前線程的計數(shù)器值,初始值為0
            int count = counter.get() == null ? 0 : counter.get();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的計數(shù)器值為: " + count);
 
            // 對計數(shù)器進行累加操作
            counter.set(count + 1);
 
            // 模擬耗時操作
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
            // 再次獲取計數(shù)器值
            count = counter.get();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的累加后計數(shù)器值為: " + count);
        };
 
        // 創(chuàng)建三個線程并啟動
        Thread thread1 = new Thread(runnable);
        Thread thread2 = new Thread(runnable);
        Thread thread3 = new Thread(runnable);
 
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
    }
}
 

//結(jié)果如下:
Thread-1 的計數(shù)器值為: 0
Thread-0 的計數(shù)器值為: 0
Thread-2 的計數(shù)器值為: 0
Thread-1 的累加后計數(shù)器值為: 1
Thread-2 的累加后計數(shù)器值為: 1
Thread-0 的累加后計數(shù)器值為: 1

在代碼中,我們定義了一個ThreadLocal類的整形對象counter,用三個線程進行累加操作。

結(jié)果我們發(fā)現(xiàn),counter的值并沒有變?yōu)?,而是每個線程有一個自己的counter值,分別為1。

由此引出ThreadLoca的作用:

ThreadLocal對象在每個線程內(nèi)是共享的,在不同線程之間又是隔離的(每個線程都只能看到自己獨有的ThreadLocal對象的值),即,實現(xiàn)了線程范圍內(nèi)的局部變量的作用。

線程獨享原因

源碼解析

首先我們可以推測,如果要保證每個線程獨享一份數(shù)據(jù),那這份數(shù)據(jù)應(yīng)該要能夠從線程內(nèi)部進行引用。

實際上,線程的棧中存放了ThreadLocal.ThreadLocalMap這么一個屬性(初始化為空),ThreadLocalMap是ThreadLocal的一個靜態(tài)內(nèi)部類,以后數(shù)據(jù)就要以ThreadLocalMap的形式在堆中實例化,并讓threadLocals成為它的引用!這樣就完成了線程的獨享了。

public class Thread implements Runnable{
    ...
    ...
    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ...
}

我們回到示例中,注意:ThreadLocal<Integer> counter這個ThreadLocal對象的set方法,跟進源碼,詳細(xì)解釋如下:

// 對計數(shù)器進行累加操作
counter.set(count + 1);
 
//源碼1. set源碼:
public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();//獲取當(dāng)前線程
        ThreadLocalMap map = getMap(t);//讓map成為該線程內(nèi)的threadLocals所引用的堆中的對象!
//見源碼2. 
//其實就是去嘗試引用實例化的ThreadLocalMap,但此時初始化為null,所以我們看下面的判斷:
 
        if (map != null) {
            map.set(this, value);//不為空,已經(jīng)有map,就把堆中的值賦值為counter,count + 1
        } else {
            createMap(t, value);//為空,創(chuàng)建ThreadLocalMap的對象
            //但要注意,createMap并不是讓map實例化,見下面源碼3.
        }
    }
 
//源碼2. getMap源碼:
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    //意思就是,返回這個t線程的ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null里面這個threadLocals 對象
    }
 
//源碼3. createMap源碼:
//傳入的this,其實就是counter。firstValue就是相應(yīng)的值count + 1。
//注意,是將t.threadLocals線程內(nèi)的這個ThreadLocalMap對象實例化,所以線程內(nèi)部的這個對象指向了堆中內(nèi)存的new...,實現(xiàn)了線程內(nèi)部的數(shù)據(jù)獨立。
void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

概括:

看似是向ThreadLocal存入一個值,實際上是向當(dāng)前線程對象中的ThreadLocalMap對象存入值(如果為空,則實例化當(dāng)前線程對象中的ThreadLocalMap對象)ThreadLocalMap我們可以簡單的理解成一個Map,Map存的key就是ThreadLocal實例本身(counter),value是具體的值。

get方法同理,也是先取出當(dāng)前線程對象,再取出其指向的map里的值:

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();
    }

1.3 ThreadLocalMap的key的弱引用

源碼如下:

static class ThreadLocalMap {
 
        /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
 
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

通常ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一樣長,如果沒有手動刪除對應(yīng)key會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏,但是使用弱引用可以多一層保障:弱引用ThreadLocal會被GC回收,不會內(nèi)存泄漏,對應(yīng)的value在下一次ThreadLocalMap調(diào)用set,get,remove的時候會被清除。

ThreadLocal中一個設(shè)計亮點是ThreadLocalMap中的Entry結(jié)構(gòu)的Key用到了弱引用。 試想如果使用強引用,如果ThreadLocalMap的Key使用強引用,那么Key對應(yīng)的ThreadLocal對象在沒有被外部引用時仍然無法被GC回收,因為Key存在于ThreadLocalMap中,而且線程是長時間存活的。這就可能導(dǎo)致ThreadLocal對象無法被回收,從而造成內(nèi)存泄漏。

使用了弱引用的話,JVM觸發(fā)GC回收弱引用后,ThreadLocalMap中會出現(xiàn)一些Key為null,但是Value不為null的Entry項,這些Entry項如果不主動清理,就會一直駐留在ThreadLocalMap中。此時,ThreadLocal在下一次調(diào)用get()、set()、remove()方法就可以刪除那些ThreadLocalMap中Key為null的值,起到了惰性刪除釋放內(nèi)存的作用。

到此這篇關(guān)于Java中的ThreadLocal源碼及弱引用解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ThreadLocal源碼及弱引用內(nèi)容請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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