ThreadLocal实现原理

 

一、ThreadLocal介绍

    这是一个线程的局部变量。也就是说，只有当前线程可以访问。既然是只有当前线程可以访问的数据，自然是线程安全的。

    为每一个线程分配不同的对象，需要在应用层面保证。ThreadLocal只是起到了简单的容器作用。

 

二、实现原理

   1. 我们需要关注的是ThreadLocal的set()方法和get()方法。

   set()方法 

     public void set(T value) {

        Thread t = Thread.currentThread();

        ThreadLocalMap map = getMap(t);

        if (map != null)

            map.set(this, value);

        else

            createMap(t, value);

    }

    在set时，首先获得当前线程对象，然后通过getMap()拿到线程的ThreadLocalMap，并将值设入ThreadLocalMap中。而ThreadLocalMap可以理解为一个Map（虽然不是，但是你可以把它简单地理解成HashMap），但是它是定义在Thread内部的成员。注意下面的定义是从Thread类中摘出来的：

    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

    而设置到ThreadLocal中的数据，也正是写入了threadLocals这个Map。其中，key为Thread-Local当前对象，value就是我们需要的值。而threadLocals本身就保存了当前自己所在线程的所有“局部变量”，也就是一个ThreadLocal变量的集合。

 

    get()方法     

    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();

    }

    首先，get()方法也是先取得当前线程的ThreadLocalMap对象。然后，通过将自己作为key取得内部的实际数据。

 

    2.Thread类会进行一些清理工作，其中就包括清理ThreadLocalMap

    这些变量是维护在Thread类内部的（ThreadLocalMap定义所在类），这也意味着只要线程不退出，对象的引用将一直存在。

    下面是Thread中的方法：

    /**

     * This method is called by the system to give a Thread

     * a chance to clean up before it actually exits.

     */

    private void exit() {

        if (group != null) {

            group.threadTerminated(this);

            group = null;

        }

        /* Aggressively null out all reference fields: see bug 4006245 */

        target = null;

        /* Speed the release of some of these resources */

        threadLocals = null;

        inheritableThreadLocals = null;

        inheritedAccessControlContext = null;

        blocker = null;

        uncaughtExceptionHandler = null;

    }

 

所以当我们使用线程池的时候，那就意味着线程未必会退出（比如固定大小的线程池，线程总是存在）

    如果这样，将一些大大的对象设置到ThreadLocal中（它实际保存在线程持有的thread-Locals Map内），可能会使系统出现内存泄露的可能（这里我的意思是：你设置了对象到ThreadLo-cal中，但是不清理它，在你使用几次后，这个对象也不再有用了，但是它却无法被回收）。

    此时，如果你希望及时回收对象，最好使用ThreadLocal.remove()方法将这个变量移除。就像我们习惯性地关闭数据库连接一样。如果你确实不需要这个对象了，那么就应该告诉虚拟机，请把它回收掉，防止内存泄露。

 

    另外一种有趣的情况是JDK也可能允许你像释放普通变量一样释放ThreadLocal。比如，我们有时候为了加速垃圾回收，会特意写出类似obj=null之类的代码。如果这么做，obj所指向的对象就会更容易地被垃圾回收器发现，从而加速回收。同理，如果对于ThreadLocal的变量，我们也手动将其设置为null，比如tl=null。那么这个ThreadLocal对应的所有线程的局部变量都有可能被回收。

 

    要了解这里的回收机制，我们需要更进一步了解Thread.ThreadLocalMap的实现。之前我们说过，ThreadLocalMap是一个类似HashMap的东西。更精确地说，它更加类似WeakHashMap。ThreadLocalMap的实现使用了弱引用。弱引用是比强引用弱得多的引用。Java虚拟机在垃圾回收时，如果发现弱引用，就会立即回收。Thread-LocalMap内部由一系列Entry构成，每一个Entry都是WeakReference<ThreadLocal>：

     

        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {

            /** The value associated with this ThreadLocal. */

            Object value;

 

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {

                super(k);

                value = v;

            }

        }

这里的参数k就是Map的key，v就是Map的value。其中k也就是ThreadLocal实例，作为弱引用使用（super(k)就是调用了WeakReference的构造函数）。因此，虽然这里使用ThreadLocal作为Map的key，但是实际上，它并不真的持有ThreadLocal的引用。而当ThreadLocal的外部强引用被回收时，ThreadLocalMap中的key就会变成null。当系统进行ThreadLocalMap清理时（比如将新的变量加入表中，就会自动进行一次清理，虽然JDK不一定会进行一次彻底的扫描，但显然在我们这个案例中，它奏效了），就会自然将这些垃圾数据回收。

 

三、对性能的影响

    为每一个线程分配一个独立的对象对系统性能也许是有帮助的。当然了，这也不一定，这完全取决于共享对象的内部逻辑。如果共享对象对于竞争的处理容易引起性能损失，我们还是应该考虑使用ThreadLocal为每个线程分配单独的对象。

    一个典型的案例就是在多线程下产生随机数。在多线程共享一个Random实例的情况下，总耗时达13秒之多（这里是指4个线程的耗时总和，不是程序执行的经历时间）。而在ThreadLocal模式下，仅耗时1.7秒左右。