前言

在面试环节中,考察"ThreadLocal"也是面试官的家常便饭,所以对它理解透彻,是非常有必要的.

有些面试官会开门见山的提问:

  • “知道ThreadLocal吗?”
  • “讲讲你对ThreadLocal的理解”

当然了,也有面试官会慢慢引导到这个话题上,比如提问“在多线程环境下,如何防止自己的变量被其它线程篡改”,将主动权交给你自己,剩下的靠自己发挥。

那么ThreadLocal可以做什么,在了解它的应用场景之前,我们先看看它的实现原理,只有知道了实现原理,才好判断它是否符合自己的业务场景。

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ThreadLocal是什么

首先,它是一个数据结构,有点像HashMap,可以保存"key : value"键值对,但是一个ThreadLocal只能保存一个,并且各个线程的数据互不干扰。

  1. ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
  2. localName.set("占小狼");
  3. String name = localName.get();

在线程1中初始化了一个ThreadLocal对象localName,并通过set方法,保存了一个值占小狼,同时在线程1中通过localName.get()可以拿到之前设置的值,但是如果在线程2中,拿到的将是一个null。

这是为什么,如何实现?不过之前也说了,ThreadLocal保证了各个线程的数据互不干扰。

看看set(T value)get()方法的源码

  1. public void set(T value) {
  2. Thread t = Thread.currentThread();
  3. ThreadLocalMap map = getMap(t);
  4. if (map != null)
  5. map.set(this, value);
  6. else
  7. createMap(t, value);
  8. }
  9.  
  10. public T get() {
  11. Thread t = Thread.currentThread();
  12. ThreadLocalMap map = getMap(t);
  13. if (map != null) {
  14. ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
  15. if (e != null) {
  16. @SuppressWarnings("unchecked")
  17. T result = (T)e.value;
  18. return result;
  19. }
  20. }
  21. return setInitialValue();
  22. }
  23.  
  24. ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
  25. return t.threadLocals;
  26. }

可以发现,每个线程中都有一个ThreadLocalMap数据结构,当执行set方法时,其值是保存在当前线程的threadLocals变量中,当执行set方法中,是从当前线程的threadLocals变量获取。

所以在线程1中set的值,对线程2来说是摸不到的,而且在线程2中重新set的话,也不会影响到线程1中的值,保证了线程之间不会相互干扰。

那每个线程中的ThreadLoalMap究竟是什么?

ThreadLoalMap

本文分析的是1.7的源码。

从名字上看,可以猜到它也是一个类似HashMap的数据结构,但是在ThreadLocal中,并没实现Map接口。

在ThreadLoalMap中,也是初始化一个大小16的Entry数组,Entry对象用来保存每一个key-value键值对,只不过这里的key永远都是ThreadLocal对象,是不是很神奇,通过ThreadLocal对象的set方法,结果把ThreadLocal对象自己当做key,放进了ThreadLoalMap中。

这里需要注意的是,ThreadLoalMap的Entry是继承WeakReference,和HashMap很大的区别是,Entry中没有next字段,所以就不存在链表的情况了。

hash冲突

没有链表结构,那发生hash冲突了怎么办?

先看看ThreadLoalMap中插入一个key-value的实现

  1. private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
  2. Entry[] tab = table;
  3. int len = tab.length;
  4. int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
  5.  
  6. for (Entry e = tab[i];
  7. e != null;
  8. e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
  9. ThreadLocal<?> k = e.get();
  10.  
  11. if (k == key) {
  12. e.value = value;
  13. return;
  14. }
  15.  
  16. if (k == null) {
  17. replaceStaleEntry(key, value, i);
  18. return;
  19. }
  20. }
  21.  
  22. tab[i] = new Entry(key, value);
  23. int sz = ++size;
  24. if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
  25. rehash();
  26. }

每个ThreadLocal对象都有一个hash值threadLocalHashCode,每初始化一个ThreadLocal对象,hash值就增加一个固定的大小0x61c88647

在插入过程中,根据ThreadLocal对象的hash值,定位到table中的位置i,过程如下:
1、如果当前位置是空的,那么正好,就初始化一个Entry对象放在位置i上;
2、不巧,位置i已经有Entry对象了,如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key,那么重新设置Entry中的value;
3、很不巧,位置i的Entry对象,和即将设置的key没关系,那么只能找下一个空位置;

这样的话,在get的时候,也会根据ThreadLocal对象的hash值,定位到table中的位置,然后判断该位置Entry对象中的key是否和get的key一致,如果不一致,就判断下一个位置

可以发现,set和get如果冲突严重的话,效率很低,因为ThreadLoalMap是Thread的一个属性,所以即使在自己的代码中控制了设置的元素个数,但还是不能控制其它代码的行为。

内存泄露

ThreadLocal可能导致内存泄漏,为什么?
先看看Entry的实现:

  1. static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
  2. /** The value associated with this ThreadLocal. */
  3. Object value;
  4.  
  5. Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
  6. super(k);
  7. value = v;
  8. }
  9. }

通过之前的分析已经知道,当使用ThreadLocal保存一个value时,会在ThreadLocalMap中的数组插入一个Entry对象,按理说key-value都应该以强引用保存在Entry对象中,但在ThreadLocalMap的实现中,key被保存到了WeakReference对象中。

这就导致了一个问题,ThreadLocal在没有外部强引用时,发生GC时会被回收,如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行,那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收,发生内存泄露。

如何避免内存泄露

既然已经发现有内存泄露的隐患,自然有应对的策略,在调用ThreadLocal的get()、set()可能会清除ThreadLocalMap中key为null的Entry对象,这样对应的value就没有GC Roots可达了,下次GC的时候就可以被回收,当然如果调用remove方法,肯定会删除对应的Entry对象。

如果使用ThreadLocal的set方法之后,没有显示的调用remove方法,就有可能发生内存泄露,所以养成良好的编程习惯十分重要,使用完ThreadLocal之后,记得调用remove方法。

  1. ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
  2. try {
  3. localName.set("占小狼");
  4. // 其它业务逻辑
  5. } finally {
  6. localName.remove();
  7. }

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