ThreadLocal
1. ThreadLocal 简介
通常情况下,我们创建的变量是可以被任何一个线程访问并修改的。如果想实现每一个线程都有自己的专属本地变量该如何解决呢? JDK 中提供的 ThreadLocal
类正是为了解决这样的问题。ThreadLocal
类主要解决的就是让每个线程绑定自己的值,可以将 ThreadLocal
类形象的比喻成存放数据的盒子,盒子中可以存储每个线程的私有数据。
如果你创建了一个 ThreadLocal
变量,那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的本地副本,这也是 ThreadLocal
变量名的由来。他们可以使用 get()
和 set()
方法来获取默认值或将其值更改为当前线程所存的副本的值,从而避免了线程安全问题。
再举个简单的例子:
比如有两个人去宝屋收集宝物,这两个共用一个袋子的话肯定会产生争执,但是给他们两个人每个人分配一个袋子的话就不会出现这样的问题。如果把这两个人比作线程的话,那么 ThreadLocal 就是用来避免这两个线程竞争的。
2. ThreadLocal 示例
相信看了上面的解释,大家已经搞懂 ThreadLocal 类是个什么东西了。
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Random;
public class ThreadLocalExample implements Runnable{
// SimpleDateFormat 不是线程安全的,所以每个线程都要有自己独立的副本
private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyyMMdd HHmm"));
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ThreadLocalExample obj = new ThreadLocalExample();
for(int i=0 ; i<10; i++){Thread t = new Thread(obj, ""+i);
Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
t.start();}
}
@Override
public void run() {System.out.println("Thread Name="+Thread.currentThread().getName()+"default Formatter ="+formatter.get().toPattern());
try {Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
}
//formatter pattern is changed here by thread, but it won't reflect to other threads
formatter.set(new SimpleDateFormat());
System.out.println("Thread Name="+Thread.currentThread().getName()+"formatter ="+formatter.get().toPattern());
}
}
Output:
Thread Name= 0 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 0 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 1 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 2 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 1 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 3 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 2 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 4 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 3 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 4 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 5 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 5 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 6 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 6 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 7 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 7 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 8 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 9 default Formatter = yyyyMMdd HHmm
Thread Name= 8 formatter = yy-M-d ah:mm
Thread Name= 9 formatter = yy-M-d ah:mm
从输出中可以看出,Thread- 0 已经改变了 formatter 的值,但仍然是 thread- 2 默认格式化程序与初始化值相同,其他线程也一样。
上面有一段代码用到了创建 ThreadLocal
变量的那段代码用到了 Java8 的知识,它等于下面这段代码,如果你写了下面这段代码的话,IDEA 会提示你转换为 Java8 的格式(IDEA 真的不错!)。因为 ThreadLocal 类在 Java 8 中扩展,使用一个新的方法withInitial()
,将 Supplier 功能接口作为参数。
private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>(){
@Override
protected SimpleDateFormat initialValue()
{return new SimpleDateFormat("yyyyMMdd HHmm");
}
};
3. ThreadLocal 原理
从 Thread
类源代码入手。
public class Thread implements Runnable {
......
// 与此线程有关的 ThreadLocal 值。由 ThreadLocal 类维护
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
// 与此线程有关的 InheritableThreadLocal 值。由 InheritableThreadLocal 类维护
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
......
}
从上面 Thread
类 源代码可以看出 Thread
类中有一个 threadLocals
和 一个 inheritableThreadLocals
变量,它们都是 ThreadLocalMap
类型的变量, 我们可以把 ThreadLocalMap
理解为ThreadLocal
类实现的定制化的 HashMap
。默认情况下这两个变量都是 null,只有当前线程调用 ThreadLocal
类的 set
或get
方法时才创建它们,实际上调用这两个方法的时候,我们调用的是 ThreadLocalMap
类对应的 get()
、set()
方法。
ThreadLocal
类的 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);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}
通过上面这些内容,我们足以通过猜测得出结论:最终的变量是放在了当前线程的 ThreadLocalMap
中,并不是存在 ThreadLocal
上,ThreadLocal
可以理解为只是 ThreadLocalMap
的封装,传递了变量值。 ThrealLocal
类中可以通过 Thread.currentThread()
获取到当前线程对象后,直接通过 getMap(Thread t)
可以访问到该线程的 ThreadLocalMap
对象。
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。
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {......}
比如我们在同一个线程中声明了两个 ThreadLocal
对象的话,会使用 Thread
内部都是使用仅有那个 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。
ThreadLocalMap
是 ThreadLocal
的静态内部类。
4. ThreadLocal 内存泄露问题
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
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);
value = v;
}
}
弱引用介绍:
如果一个对象只具有弱引用,那就类似于 可有可无的生活用品。弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,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。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程,因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java 虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。