1. 简介

高并发处理起来比较麻烦，很多新手对此都会非常头疼。要知道避免并发的最简单办法就是线程封闭，也即是把对象封装到一个线程里，那么对象就只会被当前线程能看到，使得对象就算不是线程安全的也不会出现任何安全问题。

Threadlocal是实现该策略的最好的方法。Threadlocal为每个线程提供了一个私有变量，然后线程访问该变量（get或者set）的时候实际上是读写的自己的局部变量从而避免了并发性问题。

2. 案例使用

首先定义一个ThreadLocal的封装工具类。

package bigdata.spark.study.ThreadLocalTest;

public class Bank {
   ThreadLocal<Integer> t = new ThreadLocal<Integer>(){
       @Override
       protected Integer initialValue() {
           return 100;
       }
   };

   public int get(){
       return t.get();
   }

   public void set(){
       t.set(t.get()+10);
   }
}

实现一个Runnable对象然后使用bank对象。

package bigdata.spark.study.ThreadLocalTest;

public class Transfer implements Runnable {

   Bank bank;

   public Transfer(Bank bank) {
       this.bank = bank;

   }

   @Override
   public void run() {
       for (int i =0 ;i < 10;i++){
           bank.set();
           System.out.println(Thread.currentThread()+" : " +bank.get());
       }
   }
}

定义两个线程t1和t2，运行之后查看结果：

package bigdata.spark.study.ThreadLocalTest;

public class Test {

   public static void main(String[] args) {
       Bank bank = new Bank();

       Transfer t = new Transfer(bank);
       
       Thread t1 = new Thread(t);

       t1.start();
       Thread t2 = new Thread(t);
       t2.start();

       try {
           t1.join();
           t2.join();
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       System.out.println(bank.get());

   }
}

查看输出结果就会发现，发现主线程，线程t1，线程t2之间相互不影响～

Thread[Thread-0,5,main] : 110
Thread[Thread-0,5,main] : 120
Thread[Thread-0,5,main] : 130
Thread[Thread-0,5,main] : 140
Thread[Thread-0,5,main] : 150
Thread[Thread-0,5,main] : 160
Thread[Thread-0,5,main] : 170
Thread[Thread-0,5,main] : 180
Thread[Thread-0,5,main] : 190
Thread[Thread-0,5,main] : 200
Thread[Thread-1,5,main] : 110
Thread[Thread-1,5,main] : 120
Thread[Thread-1,5,main] : 130
Thread[Thread-1,5,main] : 140
Thread[Thread-1,5,main] : 150
Thread[Thread-1,5,main] : 160
Thread[Thread-1,5,main] : 170
Thread[Thread-1,5,main] : 180
Thread[Thread-1,5,main] : 190
Thread[Thread-1,5,main] : 200
100

3. 底层源码

每个线程Thread内部都会有ThreadLocal.ThreadLocalMap对象，该对象是一个自定义的map，key是弱引用包装的ThreadLocal类型，value就是我们的值。

初始值

Threadlocal直接在构造的时候设置初始值。主要是要实现其initialValue方法：

new ThreadLocal<Integer>(){
   @Override
   protected IntegerinitialValue() {
       return 100;
   }
};

追踪一下该方法，会发现其仅仅被一个私有方法调用了。

private T setInitialValue() {
   T value = initialValue();
   Thread t = Thread.currentThread();
   ThreadLocalMap map = getMap(t);
   if (map != null)
       map.set(this, value);
   else
       createMap(t, value);
   return value;
}

解读一下setInitialValue私有方法：

首先调用initialVaule方法，获取初始值。
然后获取当前线程对象的引用。
通过线程对象引用获取ThreadLocal.ThreadLocalMap对象 map。
map对象不为空，就将当前threadlocal弱引用作为key，初始值为value完成初始化。
Map对象为空，调用createMap方法，并完成初始化。

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

读到这可能会很好奇，为啥只是被私有方法调用，我们又无权调用该私有方法，如何实现初始化呢？也是很简单的在我们第一次调用get的时候，会调用该私有初始化方法，来真正完成初始化。

Get方法

具体代码如下：

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();
}

我们来解读一下get方法，此处就真正暴露ThreadLocal的真实面目了。

获取当前线程对象，t。
通过getMap(t)方法来获取t内部的ThreadLocal.ThreadLocalMap对象。
然后判断ThreadLocalMap对象是否为空，不为空就可以通过当前Threadlocal对象获取对应的value值，存在返回，不存在跳过。
假如map为空或者当前threadlocal对象对应的value为空，那么就调用初始化方法setInitialValue初始化并返回初始值。

Set

接下来解读一下threadlocal变量的set方法。Set的方法源码如下：

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

获取当前线程对象 t。
通过getMap(t)方法来获取t内部的ThreadLocal.ThreadLocalMap对象 map。
map不为空，当前threadlocal对象作为key（弱引用），要设置的value作为value完成值的设置。
假如map为空，就调用createMap方法，给当前线程创建一个ThreadlocalMap。

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

remove方法

threadlocal的remove方法主要作用是删除当前threadlocal对应的键值对。

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

4. 内存泄漏

根据前面对threadlocal的整理，其实可以画出来一个结构图：
在这里插入图片描述

对value的引用线路有两条：

threadlocalref是ThreadLocal强引用，key是ThreadLocal变量的弱引用。由于key是弱引用，当ThreadLocalRef因不用而释放掉的时候，ThreadLocal对象就会被回收，由于是key到threadLocal对象为弱引用，一旦进行垃圾回收key就会被回收而相应位置变为null，当然value依然存在。
通过当前线程的引用可以获取当前线程对象，当前线程对象就可以获取到ThreadLocalMap，那么只要当前线程一直存在，ThreadLocalMap对象就会一直存在。

由于ThreadlocalMap存活时间和线程一样，比如我们采用的是常驻线程池，使用线程过程中没有清空ThreadLocalMap，也没有调用threadlocal的remove方法，就将线程放回线程池，虽然ThreadLocal的强引用ThreadLocalRef被清除，弱引用key在GC的时候也会被设置为null，但是对于value值还存在一条强引用链条：

currentThreadRef -> currentThread -> ThreadLocalMap -> Entry(value)，所以value并没有释放，就造成了内存泄漏了。

那这时候你或许会问为啥ThreadLocalMap存储value的时候不采用弱引用呢？这样不就可以避免内存泄漏了么？value是弱引用是不行的，原因很简单：我们存储的对象除了ThreadLocalMap的Value就没有其他的引用了，value一但是对象的弱引用，GC的时候被回收，对象就无法访问了，这显然不是我们想要的。

5. 避免内存泄漏

为避免内存泄漏最好在使用完ThreadLocal之后调用其remove方法，将数据清除掉。

当然，对于Java8 ThreadLocalMap 的 set 方法通过调用 replaceStaleEntry 方法回收键为 null 的 Entry 对象的值（即为具体实例）以及 Entry 对象本身从而防止内存泄漏。

get方法会间接调用expungeStaleEntry 方法将键和值为 null 的 Entry 设置为 null 从而使得该 Entry 可被回收。

【Java多线程编程】：Threadlocal的使用及其内存溢出

1. 简介

2. 案例使用

3. 底层源码

4. 内存泄漏

5. 避免内存泄漏

猜你喜欢