• 抛出这8个问题,检验一下你到底会不会ThreadLocal,来摸个底~


    0、问题

    1. 和Synchronized的区别
    2. 存储在jvm的哪个区域
    3. 真的只是当前线程可见吗
    4. 会导致内存泄漏么
    5. 为什么用Entry数组而不是Entry对象
    6. 你学习的开源框架哪些用到了ThreadLocal
    7. ThreadLocal里的对象一定是线程安全的吗
    8. 笔试题

    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

    • 每个线程都需要一个独享的对象(比如工具类,典型的就是SimpleDateFormat,每次使用都new一个多浪费性能呀,直接放到成员变量里又是线程不安全,所以把他用ThreadLocal管理起来就完美了。)

    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<SimpleDateFormat> 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<SimpleDateFormat> 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。

    • 每个线程内需要保存全局变量(比如在登录成功后将用户信息存到ThreadLocal里,然后当前线程操作的业务逻辑直接get取就完事了,有效的避免的参数来回传递的麻烦之处),一定层级上减少代码耦合度。

    再细化一点就是:

    • 比如存储 交易id等信息。每个线程私有。
    • 比如aop里记录日志需要before记录请求id,end拿出请求id,这也可以。
    • 比如jdbc连接池(很典型的一个ThreadLocal用法)
    • ....等等....

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

    2、类关系图

    ThreadLocal内存结构图。

    抛出这8个问题,检验一下你到底会不会ThreadLocal,来摸个底~

    3、主要方法

    • initialValue:初始化。在get方法里懒加载的。
    • get:得到这个线程对应的value。如果调用get之前没set过,则get内部会执行initialValue方法进行初始化。
    • set:为这个线程设置一个新值。
    • remove:删除这个线程对应的值,防止内存泄露的最佳手段。

    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

    • 通常,每个线程最多调用一次此方法。但是如果已经调用了remove(),然后再次调用get()的话,则可以再次触发initialValue
    • 如果要重写的话一般建议采取匿名内部类的方式重写此方法,否则默认返回的是null。

    比如:

    public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> 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<SimpleDateFormat> 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ThreadLocalThreadLocalMap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<T> {
    
        // 构造器
     public ThreadLocal() {}
    
        // 初始值,用来初始化值用的,比如:ThreadLocal<Integer> 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<ThreadLocal<?>> {}
     }
    
    }

    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!

    ThreadThreadLocalThreadLocalMapEntry

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

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    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<Map<String, Object>> threadLocal = new NamedThreadLocal("xxx-threadlocal") {
            @Override
            protected Map<String, Object> initialValue() {
                return Maps.newHashMap();
            }
        };
    
        public static Map<String, Object> getThreadLocal(){
            return threadLocal.get();
        }
        
        public static <T> T get(String key) {
            Map map = threadLocal.get();
            // todo:copy a new one
            return (T)map.get(key);
        }
    
        public static <T> 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<String, Object> keyValueMap) {
            Map map = threadLocal.get();
            map.putAll(keyValueMap);
        }
    
        public static void remove() {
            threadLocal.remove();
        }
    
    }

    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。同时看的过程中发现问题欢迎留言指出,不胜感谢~。另外,有想多了解哪些方面内容的可以留言(什么时候,哪篇文章下留言都行),附菜单栏截图(PS:很多人不知道公众号菜单栏是什么)

    抛出这8个问题,检验一下你到底会不会ThreadLocal,来摸个底~

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/javazhiyin/p/13344898.html
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