0、问题
一、概述
1、官方术语
ThreadLocal类是用来提供线程内部的局部变量。让这些变量在多线程环境下访问(get/set)时能保证各个线程里的变量相对独立于其他线程内的变量。
2、大白话
ThreadLocal是一个关于创建线程局部变量的类。
通常情况下,我们创建的成员变量都是线程不安全的。因为他可能被多个线程同时修改,此变量对于多个线程之间彼此并不独立,是共享变量。而使用ThreadLocal创建的变量只能被当前线程访问,其他线程无法访问和修改。也就是说:将线程公有化变成线程私有化。
二、应用场景
比如:
- /**
- * Description: SimpleDateFormat就一份,不浪费资源。
- *
- * @author TongWei.Chen 2020-07-10 14:00:29
- */
- public class ThreadLocalTest05 {
- public static String dateToStr(int millisSeconds) {
- Date date = new Date(millisSeconds);
- SimpleDateFormat simpleDateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();
- return simpleDateFormat.format(date);
- }
- private static final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
- public static void main(String[] args) {
- for (int i = 0; i < 3000; i++) {
- int j = i;
- executorService.execute(() -> {
- String date = dateToStr(j * 1000);
- // 从结果中可以看出是线程安全的,时间没有重复的。
- System.out.println(date);
- });
- }
- executorService.shutdown();
- }
- }
- class ThreadSafeFormatter {
- public static ThreadLocal
dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal() { - @Override
- protected SimpleDateFormat initialValue() {
- return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
- }
- };
- // java8的写法,装逼神器
- // public static ThreadLocal
dateFormatThreadLocal = - // ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"));
- }
细心的朋友已经发现了,这TM也是每个线程都创建一个SimpleDateFormat啊,跟直接在方法内部new没区别,错了,大错特错!1个请求进来是一个线程,他可能贯穿了N个方法,你这N个方法假设有3个都在使用dateToStr(),你直接new的话会产生三个SimpleDateFormat对象,而用ThreadLocal的话只会产生一个对象,一个线程一个。
再细化一点就是:
三、核心知识
1、类关系
每个Thread对象中都持有一个ThreadLocalMap的成员变量。每个ThreadLocalMap内部又维护了N个Entry节点,也就是Entry数组,每个Entry代表一个完整的对象,key是ThreadLocal本身,value是ThreadLocal的泛型值。
核心源码如下
- // java.lang.Thread类里持有ThreadLocalMap的引用
- public class Thread implements Runnable {
- ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
- }
- // java.lang.ThreadLocal有内部静态类ThreadLocalMap
- public class ThreadLocal
{ - static class ThreadLocalMap {
- private Entry[] table;
- // ThreadLocalMap内部有Entry类,Entry的key是ThreadLocal本身,value是泛型值
- static class Entry extends WeakReference
> { - Object value;
- Entry(ThreadLocal> k, Object v) {
- super(k);
- vvalue = v;
- }
- }
- }
- }
2、类关系图
ThreadLocal内存结构图。
3、主要方法
3.1、initialValue
3.1.1、什么意思
见名知意,初始化一些value(泛型值)。懒加载的。
3.1.2、触发时机
调用get方法之前没有调用set方法,则get方法内部会触发initialValue,也就是说get的时候如果没拿到东西,则会触发initialValue。
3.1.3、补充说明
比如:
- public static ThreadLocal
dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal() { - @Override
- protected SimpleDateFormat initialValue() {
- return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
- }
- };
- // Java8的高逼格写法
- public static ThreadLocal
dateFormatThreadLocal = - ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"));
3.1.4、源码
- // 由子类提供实现。
- // protected的含义就是交给子类干的。
- protected T initialValue() {
- return null;
- }
3.2、get
3.2.1、什么意思
获取当前线程下的ThreadLocal中的值。
3.2.2、源码
- /**
- * 获取当前线程下的entry里的value值。
- * 先获取当前线程下的ThreadLocalMap,
- * 然后以当前ThreadLocal为key取出map中的value
- */
- public T get() {
- // 获取当前线程
- Thread t = Thread.currentThread();
- // 获取当前线程对应的ThreadLocalMap对象。
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
- // 若获取到了。则获取此ThreadLocalMap下的entry对象,若entry也获取到了,那么直接获取entry对应的value返回即可。
- if (map != null) {
- // 获取此ThreadLocalMap下的entry对象
- ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
- // 若entry也获取到了
- if (e != null) {
- @SuppressWarnings("unchecked")
- // 直接获取entry对应的value返回。
- T result = (T)e.value;
- return result;
- }
- }
- // 若没获取到ThreadLocalMap或没获取到Entry,则设置初始值。
- // 知识点:我早就说了,初始值方法是延迟加载,只有在get才会用到,这下看到了吧,只有在这获取没获取到才会初始化,下次就肯定有值了,所以只会执行一次!!!
- return setInitialValue();
- }
3.3、set
3.3.1、什么意思
其实干的事和initialValue是一样的,都是set值,只是调用时机不同。set是想用就用,api摆在这里,你想用就调一下set方法。很自由。
3.3.2、源码
- /**
- * 设置当前线程的线程局部变量的值
- * 实际上ThreadLocal的值是放入了当前线程的一个ThreadLocalMap实例中,所以只能在本线程中访问。
- */
- public void set(T value) {
- // 获取当前线程
- Thread t = Thread.currentThread();
- // 获取当前线程对应的ThreadLocalMap实例,注意这里是将t传进去了,t是当前线程,就是说ThreadLocalMap是在线程里持有的引用。
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
- // 若当前线程有对应的ThreadLocalMap实例,则将当前ThreadLocal对象作为key,value做为值存到ThreadLocalMap的entry里。
- if (map != null)
- map.set(this, value);
- else
- // 若当前线程没有对应的ThreadLocalMap实例,则创建ThreadLocalMap,并将此线程与之绑定
- createMap(t, value);
- }
3.4、remove
3.4.1、什么意思
将当前线程下的ThreadLocal的值删除,目的是为了减少内存占用。主要目的是防止内存泄漏。内存泄漏问题下面会说。
3.4.2、源码
- /**
- * 将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存占用。主要目的是防止内存泄漏。内存泄漏问题下面会说。
- */
- public void remove() {
- // 获取当前线程的ThreadLocalMap对象,并将其移除。
- ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
- if (m != null)
- // 直接移除以当前ThreadLocal为key的value
- m.remove(this);
- }
4、ThreadLocalMap
为啥单独拿出来说下,我就是想强调一点:这个东西是归Thread类所有的。它的引用在Thread类里,这也证实了一个问题:ThreadLocalMap类内部为什么有Entry数组,而不是Entry对象?
因为你业务代码能new好多个ThreadLocal对象,各司其职。但是在一次请求里,也就是一个线程里,ThreadLocalMap是同一个,而不是多个,不管你new几次ThreadLocal,ThreadLocalMap在一个线程里就一个,因为再说一次,ThreadLocalMap的引用是在Thread里的,所以它里面的Entry数组存放的是一个线程里你new出来的多个ThreadLocal对象。
核心源码如下:
- // 在你调用ThreadLocal.get()方法的时候就会调用这个方法,它的返回是当前线程里的threadLocals的引用。
- // 这个引用指向的是ThreadLocal里的ThreadLocalMap对象
- ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
- return t.threadLocals;
- }
- public class Thread implements Runnable {
- // ThreadLocal.ThreadLocalMap
- ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
- }
四、完整源码
1、核心源码
- // 本地线程。Thread:线程。Local:本地
- public class ThreadLocal
{ - // 构造器
- public ThreadLocal() {}
- // 初始值,用来初始化值用的,比如:ThreadLocal
count = new ThreadLocal<>(); - // 你想Integer value = count.get(); value++;这样是报错的,因为count现在还没值,取出来的是个null,所以你需要先重写此方法为value赋上初始值,本身方法是protected也代表就是为了子类重写的。
- // 此方法是一个延迟调用方法,在线程第一次调用get的时候才执行,下面具体分析源码就知道了。
- protected T initialValue() {}
- // 创建ThreadLocalMap,ThreadLocal底层其实就是一个map来维护的。
- void createMap(Thread t, T firstValue) {}
- // 返回该当前线程对应的线程局部变量值。
- public T get() {}
- // 获取ThreadLocalMap
- ThreadLocalMap getMap(Thread t) {}
- // 设置当前线程的线程局部变量的值
- public void set(T value) {}
- // 将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存占用。其实当线程结束后对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以无需我们调用remove,我们调用remove无非也就是加快内存回收速度。
- public void remove() {}
- // 设置初始值,调用initialValue
- private T setInitialValue() {}
- // 静态内部类,一个map来维护的!!!
- static class ThreadLocalMap {
- // ThreadLocalMap的静态内部类,继承了弱引用,这正是不会造成内存泄漏根本原因
- // Entry的key为ThreadLocal并且是弱引用。value是值
- static class Entry extends WeakReference
> {} - }
- }
2、set()
- /**
- * 设置当前线程的线程局部变量的值
- * 实际上ThreadLocal的值是放入了当前线程的一个ThreadLocalMap实例中,所以只能在本线程中访问。
- */
- public void set(T value) {
- // 获取当前线程
- Thread t = Thread.currentThread();
- // 获取当前线程对应的ThreadLocalMap实例
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
- // 若当前线程有对应的ThreadLocalMap实例,则将当前ThreadLocal对象作为key,value做为值存到ThreadLocalMap的entry里。
- if (map != null)
- map.set(this, value);
- else
- // 若当前线程没有对应的ThreadLocalMap实例,则创建ThreadLocalMap,并将此线程与之绑定
- createMap(t, value);
- }
3、getMap()
- // 在你调用ThreadLocal.get()方法的时候就会调用这个方法,它的返回是当前线程里的threadLocals的引用。
- // 这个引用指向的是ThreadLocal里的ThreadLocalMap对象
- ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
- return t.threadLocals;
- }
- public class Thread implements Runnable {
- // ThreadLocal.ThreadLocalMap
- ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
- }
4、map.set()
- // 不多BB,就和HashMap的set一个道理,只是赋值key,value。
- // 需要注意的是这里key是ThreadLocal对象,value是值
- private void set(ThreadLocal> key, Object value) {}
5、createMap()
- /**
- * 创建ThreadLocalMap对象。
- * t.threadLocals在上面的getMap中详细介绍了。此处不BB。
- * 实例化ThreadLocalMap并且传入两个值,一个是当前ThreadLocal对象一个是value。
- */
- void createMap(Thread t, T firstValue) {
- t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
- }
- // ThreadLocalMap构造器。
- ThreadLocalMap(ThreadLocal> firstKey, Object firstValue) {
- table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
- int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
- // 重点看这里!!!!!!
- // new了一个ThreadLocalMap的内部类Entry,且将key和value传入。
- // key是ThreadLocal对象。
- table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
- size = 1;
- setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
- }
- /**
- * 到这里朋友们应该真相大白了,其实ThreadLocal就是内部维护一个ThreadLocalMap,
- * 而ThreadLocalMap内部又维护了一个Entry对象。Entry对象是key-value形式,
- * key是ThreadLocal对象,value是传入的value
- * 所以我们对ThreadLocal的操作其实都是对内部的ThreadLocalMap.Entry的操作
- * 所以保证了线程之前互不干扰。
- */
6、get()
- /**
- * 获取当前线程下的entry里的value值。
- * 先获取当前线程下的ThreadLocalMap,
- * 然后以当前ThreadLocal为key取出map中的value
- */
- public T get() {
- // 获取当前线程
- Thread t = Thread.currentThread();
- // 获取当前线程对应的ThreadLocalMap对象。
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
- // 若获取到了。则获取此ThreadLocalMap下的entry对象,若entry也获取到了,那么直接获取entry对应的value返回即可。
- if (map != null) {
- // 获取此ThreadLocalMap下的entry对象
- ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
- // 若entry也获取到了
- if (e != null) {
- @SuppressWarnings("unchecked")
- // 直接获取entry对应的value返回。
- T result = (T)e.value;
- return result;
- }
- }
- // 若没获取到ThreadLocalMap或没获取到Entry,则设置初始值。
- // 知识点:我早就说了,初始值方法是延迟加载,只有在get才会用到,这下看到了吧,只有在这获取没获取到才会初始化,下次就肯定有值了,所以只会执行一次!!!
- return setInitialValue();
- }
7、setInitialValue()
- // 设置初始值
- private T setInitialValue() {
- // 调用初始值方法,由子类提供。
- T value = initialValue();
- // 获取当前线程
- Thread t = Thread.currentThread();
- // 获取map
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
- // 获取到了
- if (map != null)
- // set
- map.set(this, value);
- else
- // 没获取到。创建map并赋值
- createMap(t, value);
- // 返回初始值。
- return value;
- }
8、initialValue()
- // 由子类提供实现。
- // protected
- protected T initialValue() {
- return null;
- }
9、remove()
- /**
- * 将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存占用。
- * 其实当线程结束后对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以无需我们调用remove,我们调用remove无非也就是加快内存回收速度。
- */
- public void remove() {
- // 获取当前线程的ThreadLocalMap对象,并将其移除。
- ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
- if (m != null)
- m.remove(this);
- }
10、小结
只要捋清楚如下几个类的关系,ThreadLocal将变得so easy!
Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap、Entry
一句话总结就是:Thread维护了ThreadLocalMap,而ThreadLocalMap里维护了Entry,而Entry里存的是以ThreadLocal为key,传入的值为value的键值对。
五、答疑(面试题)
1、和Synchronized的区别
问:他和线程同步机制(如:Synchronized)提供一样的功能,这个很吊啊。
答:放屁!同步机制保证的是多线程同时操作共享变量并且能正确的输出结果。ThreadLocal不行啊,他把共享变量变成线程私有了,每个线程都有独立的一个变量。举个通俗易懂的案例:网站计数器,你给变量count++的时候带上synchronized即可解决。ThreadLocal的话做不到啊,他没发统计,他只能说能统计每个线程登录了多少次。
2、存储在jvm的哪个区域
问:线程私有,那么就是说ThreadLocal的实例和他的值是放到栈上咯?
答:不是。还是在堆的。ThreadLocal对象也是对象,对象就在堆。只是JVM通过一些技巧将其可见性变成了线程可见。
3、真的只是当前线程可见吗
问:真的只是当前线程可见吗?
答:貌似不是,貌似通过InheritableThreadLocal类可以实现多个线程访问ThreadLocal的值,但是我没研究过,知道这码事就行了。
4、会导致内存泄漏么
问:会导致内存泄漏么?
答:分析一下:
1、ThreadLocalMap.Entry的key会内存泄漏吗?
2、ThreadLocalMap.Entry的value会内存泄漏吗?
先看下key-value的核心源码
- static class Entry extends WeakReference
> { - Object value;
- Entry(ThreadLocal> k, Object v) {
- super(k);
- vvalue = v;
- }
- }
先看继承关系,发现是继承了弱引用,而且key直接是交给了父类处理super(key),父类是个弱引用,所以key完全不存在内存泄漏问题,因为他不是强引用,它可以被GC回收的。
弱引用的特点:如果这个对象只被弱引用关联,没有任何强引用关联,那么这个对象就可以被GC回收掉。弱引用不会阻止GC回收。这是jvm知识。
再看value,发现value是个强引用,但是想了下也没问题的呀,因为线程终止了,我管你强引用还是弱引用,都会被GC掉的,因为引用链断了(jvm用的可达性分析法,线程终止了,根节点就断了,下面的都会被回收)。
这么分析一点毛病都没有,但是忘了一个主要的角色,那就是线程池,线程池的存在核心线程是不会销毁的,只要创建出来他会反复利用,生命周期不会结束掉,但是key是弱引用会被GC回收掉,value强引用不会回收,所以形成了如下场面:
Thread->ThreadLocalMap->Entry(key为null)->value
由于value和Thread还存在链路关系,还是可达的,所以不会被回收,这样越来越多的垃圾对象产生却无法回收,早晨内存泄漏,时间久了必定OOM。
解决方案ThreadLocal已经为我们想好了,提供了remove()方法,这个方法是将value移出去的。所以用完后记得remove()。
5、为什么用Entry数组而不是Entry对象
这个其实主要想考ThreadLocalMap是在Thread里持有的引用。
问:ThreadLocalMap内部的table为什么是数组而不是单个对象呢?
答:因为你业务代码能new好多个ThreadLocal对象,各司其职。但是在一次请求里,也就是一个线程里,ThreadLocalMap是同一个,而不是多个,不管你new几次ThreadLocal,ThreadLocalMap在一个线程里就一个,因为ThreadLocalMap的引用是在Thread里的,所以它里面的Entry数组存放的是一个线程里你new出来的多个ThreadLocal对象。
6、你学习的开源框架哪些用到了ThreadLocal
Spring框架。
DateTimeContextHolder
RequestContextHolder
7、ThreadLocal里的对象一定是线程安全的吗
未必,如果在每个线程中ThreadLocal.set()进去的东西本来就是多线程共享的同一个对象,比如static对象,那么多个线程的ThreadLocal.get()获取的还是这个共享对象本身,还是有并发访问线程不安全问题。
8、笔试题
问:下面这段程序会输出什么?为什么?
- public class TestThreadLocalNpe {
- private static ThreadLocal
threadLocal = new ThreadLocal(); - public static void set() {
- threadLocal.set(1L);
- }
- public static long get() {
- return threadLocal.get();
- }
- public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- new Thread(() -> {
- set();
- System.out.println(get());
- }).start();
- // 目的就是为了让子线程先运行完
- Thread.sleep(100);
- System.out.println(get());
- }
- }
答:
- 1
- Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
- at com.chentongwei.study.thread.TestThreadLocalNpe.get(TestThreadLocalNpe.java:16)
- at com.chentongwei.study.thread.TestThreadLocalNpe.main(TestThreadLocalNpe.java:26)
为什么?
为什么输出个1,然后空指针了?
首先输出1是没任何问题的,其次主线程空指针是为什么?
如果你这里回答
- 1
- 1
那我恭喜你,你连ThreadLocal都不知道是啥,这明显两个线程,子线程和主线程。子线程设置1,主线程肯定拿不到啊,ThreadLocal和线程是嘻嘻相关的。这个不多费口舌。
说说为什么是空指针?
因为你get方法用的long而不是Long,那也应该返回null啊,大哥,long是基本类型,默认值是0,没有null这一说法。ThreadLocal里的泛型是Long,get却是基本类型,这需要拆箱操作的,也就是会执行null.longValue()的操作,这绝逼空指针了。
看似一道Javase的基础题目,实则隐藏了很多知识。
六、ThreadLocal工具类
- package com.duoku.base.util;
- import com.google.common.collect.Maps;
- import org.springframework.core.NamedThreadLocal;
- import java.util.Map;
- /**
- * Description:
- *
- * @author TongWei.Chen 2019-09-09 18:35:30
- */
- public class ThreadLocalUtil {
- private static final ThreadLocal
- @Override
- protected Map
initialValue() { - return Maps.newHashMap();
- }
- };
- public static Map
getThreadLocal(){ - return threadLocal.get();
- }
- public static
T get(String key) { - Map map = threadLocal.get();
- // todo:copy a new one
- return (T)map.get(key);
- }
- public static
T get(String key,T defaultValue) { - Map map = threadLocal.get();
- return (T)map.get(key) == null ? defaultValue : (T)map.get(key);
- }
- public static void set(String key, Object value) {
- Map map = threadLocal.get();
- map.put(key, value);
- }
- public static void set(Map
keyValueMap) { - Map map = threadLocal.get();
- map.putAll(keyValueMap);
- }
- public static void remove() {
- threadLocal.remove();
- }
- }
另
琐碎时间想看一些技术文章,可以去公众号菜单栏翻一翻我分类好的内容,应该对部分童鞋有帮助。
本文题目:抛出这8个问题,检验一下你到底会不会ThreadLocal,来摸个底~
网站地址:http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news9/441359.html
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