标签：Thread ThreadLocalMap value 学习 ThreadLocal 线程 key
ThreadLocal学习
介绍
- 官方介绍：
ThreadLocal类用来提供线程内部的局部变量。这种变量在多线程环境下访问（通过get和set方法访问）时能保证各个线程的变量相对独立于其他线程内的变量。ThreadLocal实例通常来说都是private static类型的，用于关联线程和线程上下文。
总结:
- 在多线程并发的场景下使用
- 可以通过ThreadLocal在同一线程，不同组件中传递公共变量
- 每个线程的变量都是独立的，不会互相影响（线程隔离）
- 常用方法
| 方法声明 | 描述 |
|---|---|
| ThreadLocal() | 创建ThreadLocal对象 |
| public void set( T value) | 设置当前线程绑定的局部变量 |
| public T get() | 获取当前线程绑定的局部变量 |
| public void remove() | 移除当前线程绑定的局部变量 |
案例分析
public class MyDemo {
private String content;
private String getContent() {
return content;
}
private void setContent(String content) {
this.content = content;
}
public static void main(String[] args) {
MyDemo demo = new MyDemo();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
//创建了5个线程
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
demo.setContent(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
System.out.println("-----------------------");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demo.getContent());
}
});
thread.setName("线程" + i);
thread.start();
}
}
}
可能的运行结果：
-----------------------
线程0--->线程2的数据
-----------------------
线程2--->线程2的数据
-----------------------
线程1--->线程0的数据
-----------------------
线程3--->线程3的数据
-----------------------
线程4--->线程4的数据
这是由于多个线程（0~4）公用一个变量（对象demo）导致的异常，因为线程之间数据没有隔离。
以上有两种解决方法，一种方法是利用synchronized同步方式，另一种就是ThreadLocal类
方法一 synchronized同步方式：
public class Demo {
private String content;
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
public static void main(String[] args) {
Demo02 demo = new Demo();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread t = new Thread(new Runable(){
@Override
public void run() {
synchronized (Demo.class){
demo.setContent(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
System.out.println("-------------------------------------");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demo.getContent());
}
}
};)
t.setName("线程" + i);
t.start();
}
}
}
运行结果：
-----------------------
线程0--->线程0的数据
-----------------------
线程1--->线程1的数据
-----------------------
线程2--->线程2的数据
-----------------------
线程3--->线程3的数据
-----------------------
线程4--->线程4的数据
从结果来看，确实可以解决问题，但是，在这里们强调的是线程数据隔离的问题，并不是多线程共享数据的问题, 在这个案例中使用synchronized关键字是不合适的。
方法二：ThreadLocal 的方式
public class MyDemo {
private static ThreadLocal<String> tl = new ThreadLocal<String>();
private String content;
private String getContent() {
return tl.get();
}
private void setContent(String content) {
tl.set(content);
}
public static void main(String[] args) {
MyDemo demo = new MyDemo();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
demo.setContent(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
System.out.println("-----------------------");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demo.getContent());
}
});
thread.setName("线程" + i);
thread.start();
}
}
}
由上可知，创建了一个存储String类型的ThreadLocal对象（tl），在setContent方法中使用ThreadLocal中的set（）方法将content存进tl，getContent方法中使用ThreadLocal中的get（）方法从tl中获取content。
运行结果：
-----------------------
线程0--->线程0的数据
-----------------------
线程1--->线程1的数据
-----------------------
线程2--->线程2的数据
-----------------------
线程3--->线程3的数据
-----------------------
线程4--->线程4的数据
ThreadLocal与synchronized的区别
| synchronized | ThreadLocal | |
|---|---|---|
| 原理 | 同步机制采用’以时间换空间’的方式, 只提供了一份变量,让不同的线程排队访问 | ThreadLocal采用’以空间换时间’的方式, 为每一个线程都提供了一份变量的副本,从而实现同时访问而相不干扰 |
| 侧重点 | 多个线程之间访问资源的同步 | 多线程中让每个线程之间的数据相互隔离 |
在案例中，虽然使用ThreadLocal和synchronized都能解决问题,但是使用ThreadLocal更为合适,因为这样可以使程序拥有更高的并发性。
ThreadLocal的内部结构
jdk8.0之前的结构：
每个
ThreadLocal都创建一个Map，然后用线程作为Map的key，要存储的局部变量作为Map的value，这样就能达到各个线程的局部变量隔离的效果。这是最简单的设计方法，JDK最早期的ThreadLocal确实是这样设计的，但现在早已不是了。
jdk8.0之后的结构：
每个Thread维护一个ThreadLocalMap，这个Map的key是ThreadLocal实例本身，value才是真正要存储的值Object。
具体的过程是这样的：
- 每个Thread线程内部都有一个Map (ThreadLocalMap)
- Map里面存储ThreadLocal对象（key）和线程的变量副本（value）
- Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。
- 对于不同的线程，每次获取副本值时，别的线程并不能获取到当前线程的副本值，形成了副本的隔离，互不干扰。
改进后的好处：
-
这样设计之后每个Map存储的Entry数量就会变少(降低哈希碰撞的概率)。因为之前的存储数量由Thread的数量决定，现在是由ThreadLocal的数量决定。在实际运用当中，往往ThreadLocal的数量要少于Thread的数量。
-
当Thread销毁之后，对应的ThreadLocalMap也会随之销毁，能减少内存的使用。
核心方法源码
-
set方法
/** * 设置当前线程对应的ThreadLocal的值 * * @param value 将要保存在当前线程对应的ThreadLocal的值 */ public void set(T value) { // 获取当前线程对象 Thread t = Thread.currentThread(); // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象 ThreadLocalMap map = getMap(t); // 判断map是否存在 if (map != null) // 存在则调用map.set设置此实体entry map.set(this, value); else // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象 // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化 // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中 createMap(t, value); } /** * 获取当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap * * @param t the current thread 当前线程 * @return the map 对应维护的ThreadLocalMap */ ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; } /** *创建当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap * * @param t 当前线程 * @param firstValue 存放到map中第一个entry的值 */ void createMap(Thread t, T firstValue) { //这里的this是调用此方法的threadLocal t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }上述代码的执行流程：
-
首先获取当前线程，并根据当前线程获取其Map
-
如果获取的Map不为空，则将参数设置到Map中（当前ThreadLocal的引用作为key）
-
如果Map为空，则给该线程创建 Map，并设置初始值
-
-
get方法
/** * 返回当前线程中保存ThreadLocal的值 * 如果当前线程没有此ThreadLocal变量， * 则它会通过调用{@link #initialValue} 方法进行初始化值 * * @return 返回当前线程对应此ThreadLocal的值 */ public T get() { // 获取当前线程对象 Thread t = Thread.currentThread(); // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象 ThreadLocalMap map = getMap(t); // 如果此map存在 if (map != null) { // 以当前的ThreadLocal 为 key，调用getEntry获取对应的存储实体e ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); // 对e进行判空 if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") // 获取存储实体 e 对应的 value值 // 即为我们想要的当前线程对应此ThreadLocal的值 T result = (T)e.value; return result; } } /* 初始化 : 有两种情况有执行当前代码 第一种情况: map不存在，表示此线程没有维护的ThreadLocalMap对象 第二种情况: map存在, 但是没有与当前ThreadLocal关联的entry */ return setInitialValue(); } /** * 初始化 * * @return the initial value 初始化后的值 */ private T setInitialValue() { // 调用initialValue获取初始化的值 // 此方法可以被子类重写, 如果不重写默认返回null T value = initialValue(); // 获取当前线程对象 Thread t = Thread.currentThread(); // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象 ThreadLocalMap map = getMap(t); // 判断map是否存在 if (map != null) // 存在则调用map.set设置此实体entry map.set(this, value); else // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象 // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化 // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中 createMap(t, value); // 返回设置的值value return value; }上述代码的执行流程：
- 首先获取当前线程, 根据当前线程获取其Map
- 如果获取的Map不为空，则在Map中以ThreadLocal的引用作为key来在Map中获取对应的Entry ，否则转到D
- 如果e不为null，则返回e.value，否则转到D
- Map为空或者e为空，则通过initialValue方法获取值为初始值的value，然后用ThreadLocal的引用和value作为firstKey和firstValue创建一个新的Map
-
remove方法
/** * 删除当前线程中保存的ThreadLocal对应的实体entry */ public void remove() { // 获取当前线程对象中维护的ThreadLocalMap对象 ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); // 如果此map存在 if (m != null) // 存在则调用map.remove // 以当前ThreadLocal为key删除对应的实体entry m.remove(this); }上述代码的执行流程
- 首先获取当前线程，并根据当前线程获取一个Map
- 如果获取的Map不为空，则移除当前ThreadLocal对象对应的entry
-
initialValue方法
/** * 返回当前线程对应的ThreadLocal的初始值 * 此方法的第一次调用发生在，当线程通过get方法访问此线程的ThreadLocal值时 * 除非线程先调用了set方法，在这种情况下，initialValue 才不会被这个线程调用。 * 通常情况下，每个线程最多调用一次这个方法。 * * <p>这个方法仅仅简单的返回null {@code null}; * 如果程序员想ThreadLocal线程局部变量有一个除null以外的初始值， * 必须通过子类继承{@code ThreadLocal} 的方式去重写此方法 * 通常, 可以通过匿名内部类的方式实现 * * @return 当前ThreadLocal的初始值 */ protected T initialValue() { return null; }此方法的作用是 返回该线程局部变量的初始值。
-
这个方法是一个延迟调用方法，从上面的代码我们得知，在set方法还未调用而先调用了get方法时才执行，并且仅执行1次。
-
这个方法缺省实现直接返回一个null。
-
如果想要一个除null之外的初始值，可以重写此方法。
（备注： 该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的）
-
-
结构分析
ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，没有实现Map接口，用独立的方式实现了Map的功能，其内部的Entry也是独立实现。
成员变量：
/**
* 初始容量 —— 必须是2的整次幂
*/
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* 存放数据的table，Entry类的定义在下面分析
* 同样，数组长度必须是2的整次幂。
*/
private Entry[] table;
/**
* 数组里面entrys的个数，可以用于判断table当前使用量是否超过阈值。
*/
private int size = 0;
/**
* 进行扩容的阈值，表使用量大于它的时候进行扩容。
*/
private int threshold; // Default to 0
Entry：
/*
* Entry继承WeakReference，并且用ThreadLocal作为key.
* 如果key为null(entry.get() == null)，意味着key不再被引用，
* 因此这时候entry也可以从table中清除。
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
在ThreadLocalMap中，也是用Entry来保存K-V结构数据的。不过Entry中的key只能是ThreadLocal对象，这点在构造方法中已经限定死了。
另外，Entry继承了WeakReference类，也就是key（ThreadLocal）是弱引用，其目的是将ThreadLocal对象的生命周期和线程生命周期解绑。
发生内存泄漏原因及解决方法
什么是内存泄漏？
- Memory overflow:内存溢出，没有足够的内存提供申请者使用。
- Memory leak: 内存泄漏是指程序中已动态分配的堆内存由于某种原因程序未释放或无法释放，造成系统内存的浪费，导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃等严重后果。内存泄漏的堆积终将导致内存溢出。
什么是弱引用？
Java中的引用有4种类型： 强、软、弱、虚。当前这个问题主要涉及到强引用和弱引用：
强引用（“Strong” Reference），就是我们最常见的普通对象引用，只要还有强引用指向一个对象，就能表明对象还“活着”，垃圾回收器就不会回收这种对象。
弱引用（WeakReference），垃圾回收器一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。
如果key使用强引用：
假设在业务代码中使用完ThreadLocal ，ThreadLocalRef被回收了。 但是因为threadLocalMap的Entry强引用了ThreadLocal，造成ThreadLocal无法被回收。 在没有手动删除这个Entry以及CurrentThread依然运行的前提下，始终有强引用链 CurrentThreadRef--->CurrentThread->threadLocalMap--->entry，Entry就不会被回收（Entry中包括了ThreadLocal实例和value），导致Entry内存泄漏。 也就是说，ThreadLocalMap中的key使用了强引用， 是无法完全避免内存泄漏的。
如果key使用弱引用：
同样假设在业务代码中使用完ThreadLocal ，ThreadLocalRef被回收了。由于ThreadLocalMap只持有ThreadLocal的弱引用，没有任何强引用指向ThreadLocal实例, 所以ThreadLocal就可以顺利被gc，此时Entry中的key=null。 但是在没有手动删除这个Entry以及CurrentThread依然运行的前提下，也存在有强引用链 CurrentThreadRef--->CurrentThread->threadLocalMap--->entry ---> value ，value不会被回收， 而这块value永远不会被访问到了，导致value内存泄漏。也就是说，ThreadLocalMap中的key使用了弱引用， 也有可能内存泄漏。
产生内存泄漏的真实原因：
在以上两种内存泄漏的情况中，都有两个前提：
- 没有手动删除这个Entry
- ThreadLocalRef结束后，CurrentThread依然运行
第一点很好理解，只要在使用完ThreadLocal，调用其remove方法删除对应的Entry，就能避免内存泄漏。
第二点稍微复杂一点， 由于ThreadLocalMap是Thread的一个属性，被当前线程所引用，所以它的生命周期跟Thread一样长。那么在使用完ThreadLocal之后，如果当前Thread也随之执行结束，ThreadLocalMap自然也会被gc回收，从根源上避免了内存泄漏。
综上，ThreadLocal内存泄漏的根源是：
由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏。
为什么要使用弱引用？
事实上，在ThreadLocalMap中的set和getEntry方法中，会对key为null（也即是ThreadLocal为null）进行判断，如果为null的话，那么是会对value置为null的。
这就意味着使用完ThreadLocal，CurrentThread依然运行的前提下，就算忘记调用remove方法，弱引用比强引用可以多一层保障：弱引用的ThreadLocal会被回收，对应的value在下一次ThreadLocalMap调用set,get,remove中的任一方法的时候会被清除，从而避免内存泄漏。
内存泄漏的解决方法：
根据刚才的分析, 我们知道了： 无论ThreadLocalMap中的key使用哪种类型引用都无法完全避免内存泄漏，跟使用弱引用没有关系。
要避免内存泄漏有两种方式：
使用完ThreadLocal，调用其remove方法删除对应的Entry
使用完ThreadLocal，当前Thread也随之运行结束
相对第一种方式，第二种方式显然更不好控制，特别是使用线程池的时候，线程结束是不会销毁的。
哈希冲突的解决
源码：
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
//AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类，通过线程安全的方式操作加减,适合高并发情况下的使用
private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
//特殊的hash值
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
重点： int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1)。
-
关于
firstKey.threadLocalHashCode：这里定义了一个AtomicInteger类型，每次获取当前值并加上HASH_INCREMENT，HASH_INCREMENT = 0x61c88647,这个值跟斐波那契数列（黄金分割数）有关，其主要目的就是为了让哈希码能均匀的分布在2的n次方的数组里, 也就是Entry[] table中，这样做可以尽量避免hash冲突。
-
关于
& (INITIAL_CAPACITY - 1)计算hash的时候里面采用了hashCode & (size - 1)的算法，这相当于取模运算hashCode % size的一个更高效的实现。正是因为这种算法，我们要求size必须是2的整次幂，这也能保证在索引不越界的前提下，使得hash发生冲突的次数减小。
线性探测法解决哈希冲突：
源码：
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//计算索引(重点代码，刚才分析过了）
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
/**
* 使用线性探测法查找元素（重点代码）
*/
for (ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//ThreadLocal 对应的 key 存在，直接覆盖之前的值
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
// key为 null，但是值不为 null，说明之前的 ThreadLocal 对象已经被回收了，
// 当前数组中的 Entry 是一个陈旧（stale）的元素
if (k == null) {
//用新元素替换陈旧的元素，这个方法进行了不少的垃圾清理动作，防止内存泄漏
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
//ThreadLocal对应的key不存在并且没有找到陈旧的元素，则在空元素的位置创建一个新的Entry。
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
/**
* cleanSomeSlots用于清除那些e.get()==null的元素，
* 这种数据key关联的对象已经被回收，所以这个Entry(table[index])可以被置null。
* 如果没有清除任何entry,并且当前使用量达到了负载因子所定义(长度的2/3)，那么进行 * rehash（执行一次全表的扫描清理工作）
*/
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
/**
* 获取环形数组的下一个索引
*/
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
该方法一次探测下一个地址，直到有空的地址后插入，若整个空间都找不到空余的地址，则产生溢出。
举个例子，假设当前table长度为16，也就是说如果计算出来key的hash值为14，如果table[14]上已经有值，并且其key与当前key不一致，那么就发生了hash冲突，这个时候将14加1得到15，取table[15]进行判断，这个时候如果还是冲突会回到0，取table[0],以此类推，直到可以插入。
按照上面的描述，可以把Entry[] table看成一个环形数组。
标签：Thread,ThreadLocalMap,value,学习,ThreadLocal,线程,key 来源： https://www.cnblogs.com/bairentianshi/p/15387018.html
本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享； 2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除； 5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。