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面试官都爱问的 ThreadLocal

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发布于: 2020 年 11 月 24 日
面试官都爱问的ThreadLocal

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1. 是什么?


JDK1.2提供的的一个线程绑定变量的类。


他的思想就是:给每一个使用到这个资源的线程都克隆一份,实现了不同线程使用不同的资源,且该资源之间相互独立


2. 为什么用?


思考一个场景:数据库连接的时候,我们会创建一个Connection连接,让不同的线程使用。这个时候就会出现多个线程争抢同一个资源的情况。


这种多个线程争抢同一个资源的情况,很常见,我们常用的解决办法也就两种:空间换时间,时间换空间


没有办法,鱼与熊掌不可兼得也。就如我们的CAP理论,也是牺牲其中一项,保证其他两项。


而针对上面的场景我们的解决办法如下:


  • 空间换时间:为每一个线程创建一个连接。

- 直接在线程工作中,创建一个连接。(重复代码太多)

- 使用ThreadLocal,为每一个线程绑定一个连接。

  • 时间换空间:对当前资源加锁,每一次仅仅存在一个线程可以使用这个连接。


通过ThreadLocal为每一个线程绑定一个指定类型的变量,相当于线程私有化


3. 怎么用?


ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();threadLocal.get();threadLocal.set(1);threadLocal.remove();
复制代码


没错,这四行代码已经把ThreadLocal的使用方法表现得明明白白。


  • getThreadLocal拿出一个当前线程所拥有得对象

  • set给当前线程绑定一个对象

  • remove将当前线程绑定的当前对象移除


记住在使用的以后,一定要 remove,一定要 remove,一定要 remove


为什么要remove。相信不少小伙伴听到过ThreadLocal会导致内存泄漏问题。


没错,所以为了解决这种情况,所以你懂吧,用完就移除,别浪费空间(渣男欣慰)


看到这,脑袋上有好多问号出现了(小朋友你是否有很多问号?


为啥会引发内存泄漏?


为啥不 remove 就内存泄漏了


它是怎么讲对象和线程绑定的


为啥 get 的时候拿到的就是当前线程的而不是其他线程的


它怎么实现的???


来吧,开淦,源码来


4. 源码解读


先来说一个思路:**如果我们自己写一个ThreadLocal会咋写?**


线程绑定一个对象。**这难道不是我们熟知的map映射?**有了Map我们就可以以线程为Key,对象为value添加到一个集合中,然后各种get,set,remove操作,想怎么玩就怎么玩,搞定。😀


这个时候,有兄弟说了。你这思路不对啊,你这一个线程仅仅只能存放一个类型的变量,那我想存多个呢?


摸摸自己充盈的发量,你说出了一句至理名言:万般问题,皆系于源头和结果之中。


从结果考虑,让开发者自己搞线程私有(估计被会开发者骂死)


来吧,从源头考虑。现在我们的需求是:线程可以绑定多个值,而不仅仅是一个。嗯,没错,兄弟们把你们的想法说出来。


**让线程自己维护一个 Map,将这个ThreadLocal作为Key,对象作为Value不就搞定了**


兄弟,牛掰旮旯四




此时,又有兄弟说了。按照你这样的做法,将ThreadLocal扔到线程本身的的 Map 里,那岂不是这个ThreadLocal**一直被线程对象引用,所以在线程销毁之前都是可达的,都无法GC呀,有BUG啊**???


好,问题。这样想,既然由于线程和ThreadLocal对象存在引用,导致无法GC,那我将你和线程之间的引用搞成弱引用或者软引用不就成了。一GC你就没了。


啥,你不知道啥是弱引用和软引用???


前面讲过的东西,算啦再给你们复习一波。


JDK中存在四种类型引用,默认是强引用,也就是我们经常干的事情。疯狂new,new,new。这个时候创建的对象都是强引用。


  • 强引用。直接new

  • 软引用。通过SoftReference创建,在内存空间不足的时候直接销毁,即它可能最后的销毁地点是在老年区

  • 弱引用。通过WeakReference创建,在GC的时候直接销毁。即其销毁地点必定为伊甸区

  • 虚引用。通过PhantomReference创建,它和不存也一样,非常虚,只能通过引用队列在进行一些操作,主要用于堆外内存回收


好了,回到正题,上面的引用里最适合我们当前的场景的就是弱引用了,为什么这个样子说:


在以往我们使用完对象以后等着GC清理,但是对于ThreadLocal来说,即使我们使用结束,也会因为线程本身存在该对象的引用,处于对象可达状态,垃圾回收器无法回收。这个时候当ThreadLocal太多的时候就会出现内存泄漏的问题。


而我们将ThreadLocal对象的引用作为弱引用,那么就很好的解决了这个问题。当我们自己使用完ThreadLocal以后,**当GC的时候就会将我们创建的强引用直接干掉,而这个时候我们完全可以将线程Map中的引用干掉,于是使用了弱引用,这个时候大家应该懂了为啥不使用软引用了吧**


还有一个问题:为什么会引发内存泄漏呢?


了解Map结构的兄弟们应该清楚,内部实际就一个节点数组,对于ThreadLocalMap而言,内部是一个Entity,它将Key作为弱引用,Value还是强引用。如果我们在使用完ThreadLocal以后,没有对Entity进行移除,会引发内存泄漏问题。


ThreadLocalMap提供了一个方法expungeStaleEntry方法用来排除无效的EntityKey为空的实体)


说到这里,有一个问题我思考了蛮久的,value 为啥不搞成弱引用,用完直接扔了多好


最后思考出来得答案(按照源码推了一下):


**不设置为弱引用,是因为不清楚这个Value除了map的引用还是否还存在其他引用,如果不存在其他引用,当GC的时候就会直接将这个 Value 干掉了,而此时我们的ThreadLocal还处于使用期间,就会造成 Value 为 null 的错误,所以将其设置为强引用。**


而为了解决这个强引用的问题,它提供了一种机制就是上面我们说的将KeyNullEntity直接清除


到这里,这个类的设计已经很清楚了。接下来我们看一下源码吧!




需要注意的一个点是:**ThreadLocalMap解决哈希冲突的方式是线性探测法。**


人话就是:如果当前数组位有值,则判断下一个数组位是否有值,如果有值继续向下寻找,直到一个为空的数组位


Set 方法


class ThreadLocal		public void set(T value) {    	//拿到当前线程        Thread t = Thread.currentThread();    //获取当前线程的ThreadLocalMap        ThreadLocalMap map = getMap(t);        if (map != null)            //如果当前线程的Map已经创建,直接set            map.set(this, value);        else            //没有创建,则创建Map            createMap(t, value);    }
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) { Entry[] tab = table; int len = tab.length; int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); //拿到当前数组位,当前数组位是否位null,如果为null,直接赋值,如果不为null,则线性查找一个null,赋值 for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) { e.value = value; return; }
if (k == null) { replaceStaleEntry(key, value, i); return; } }
tab[i] = new Entry(key, value); int sz = ++size; //清除一些失效的Entity if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) rehash(); }

ThreadLocalMap getMap(Thread t) { //获取当前线程的ThreadLocalMap return t.threadLocals; }
void createMap(Thread t, T firstValue) { //当前对象作为Key,和我们的设想一样 t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }
复制代码


Get 方法


	public T get() {        //获取当前线程        Thread t = Thread.currentThread();        //拿到当前线程的Map        ThreadLocalMap map = getMap(t);        if (map != null) {            //获取这个实体            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);            if (e != null) {                @SuppressWarnings("unchecked")                T result = (T)e.value;                //返回                return result;            }        }        return setInitialValue();    }
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) { //计算数组位 int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1); Entry e = table[i]; //如果当前数组有值,且数组位的key相同,则返回value if (e != null && e.get() == key) return e; else //线性探测寻找对应的Key return getEntryAfterMiss(key, i, e); }
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) { Entry[] tab = table; int len = tab.length;
while (e != null) { ThreadLocal<?> k = e.get(); if (k == key) return e; if (k == null) //排除当前为空的Entity expungeStaleEntry(i); else //获取下一个数组位 i = nextIndex(i, len); e = tab[i]; } //如果没有找到直接返回空 return null; }
复制代码


remove


	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); //拿到当前的数组,判断是否为需要的数组位,如果不是线性查找 for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { if (e.get() == key) { e.clear(); //清空位NUll的实体 expungeStaleEntry(i); return; } } }
复制代码


我们可以看到一个现象:在set,get,remove的时候都调用了expungeStaleEntry来将所有失效的Entity移除


看一下这个方法做了什么


private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {            Entry[] tab = table;            int len = tab.length;
// 删除实体的Value tab[staleSlot].value = null; //置空这个数组位 tab[staleSlot] = null; //数量减一 size--;
// 重新计算一次哈希,如果当前数组位不为null,线性查找直到一个null Entry e; int i; for (i = nextIndex(staleSlot, len); (e = tab[i]) != null; i = nextIndex(i, len)) { ThreadLocal<?> k = e.get(); if (k == null) { e.value = null; tab[i] = null; size--; } else { int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1); if (h != i) { tab[i] = null;
// Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until // null because multiple entries could have been stale. while (tab[h] != null) h = nextIndex(h, len); tab[h] = e; } } } return i; }
复制代码


发布于: 2020 年 11 月 24 日阅读数: 61
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@公众号:石的三次方 2020.11.06 加入

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