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【Java 并发编程】ThreadLocal

发布时间 2023-10-17 11:43:27作者: LARRY1024

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ThreadLocal

ThreadLocal是一个将在多线程中为每一个线程创建单独的变量副本的类; 当使用ThreadLocal来维护变量时, ThreadLocal会为每个线程创建单独的变量副本, 避免因多线程操作共享变量而导致的数据不一致的情况。

ThreadLocal 被提到应用最多的就是 session 管理和数据库链接管理。

示例：

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
 
public class ConnectionManager {
 
    private static final ThreadLocal<Connection> dbConnectionLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> {
        try {
            return DriverManager.getConnection("https://xxx", "user", "passwd");
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    });

    public Connection getConnection() {
        return dbConnectionLocal.get();
    }
}

ThreadLocal 实现线程隔离的原理

image

ThreadLocal 有一个静态内部类 ThreadLocalMap，从源码中看到 ThreadLocalMap 其实就是一个简单的 Map 结构，底层是数组，有初始化大小，也有扩容阈值大小，数组的元素是 Entry，Entry 的 key 就是 ThreadLocal 的引用，value 是 ThreadLocal 的值。其中，ThreadLocalMap 解决 hash 冲突的方式采用的是线性探测法，如果发生冲突会继续寻找下一个空的位置。

源码：

public class ThreadLocal<T> {

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            map.set(this, value);
        } else {
            createMap(t, value);
        }
    }

    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();
    }

    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            map.set(this, value); // key 为当前 ThreadLocal 对象的引用
        } else {
            createMap(t, value);
        }
        if (this instanceof TerminatingThreadLocal) {
            TerminatingThreadLocal.register((TerminatingThreadLocal<?>) this);
        }
        return value;
    }

    public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null) {
             m.remove(this);
         }
     }
}

每个 Thread 中都具备一个 ThreadLocalMap，而 ThreadLocalMap 可以存储以 ThreadLocal 为 key ，Object 对象为 value 的键值对。

image

因此，如果我们在同一个线程中声明了两个 ThreadLocal 对象，Thread 内部都是使用仅有的那个 ThreadLocalMap 存放数据的，ThreadLocalMap 的 key 就是 ThreadLocal 对象，value 就是 ThreadLocal 对象调用 set 方法设置的值。

ThreadLocal 内存泄漏场景

内存泄漏的示例：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadLocalDemo {
    static class LocalVariable {
        private final Long[] a = new Long[1024 * 1024];
    }
    final static ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1, TimeUnit.MINUTES,
            new LinkedBlockingQueue<>());
    final static ThreadLocal<LocalVariable> localVariable = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(5000 * 4);
        for (int i = 0; i < 50; ++i) {
            poolExecutor.execute(() -> {
                localVariable.set(new LocalVariable());
                System.out.println("use local variable" + localVariable.get());
                localVariable.remove();
            });
        }
        System.out.println("pool execute over");
    }
}

ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，而 value 是强引用。所以，如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key 会被清理掉，而 value 不会被清理掉。

这样一来，ThreadLocalMap 中就会出现 key 为 null 的 Entry。假如我们不做任何措施的话，value 永远无法被 GC 回收，这个时候就可能会产生内存泄露。ThreadLocalMap 实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。使用完 ThreadLocal方法后最好手动调用 remove() 方法

因此，在使用完 ThreadLocal 变量后，需要我们手动 remove 掉，避免 ThreadLocalMap 中 Entry 一直保持对 value 的强引用，导致 value 不能被回收。