Java ThreadLocal解析

狼爺發表於2020-05-16
Javathread

簡介

ThreadLocal 類似區域性變數，解決了單個執行緒維護自己執行緒內的變數值（存、取、刪），讓執行緒之間的資料進行隔離。（InheritableThreadLocal 特例）

這裡涉及三個類，Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap

原始碼解析

ThreadLocal的結構圖

  1. Thread 中有一個 ThreadLocal.ThreadLocalMap 型別的變數 threadLocals。因為ThreadLocalMap變數是跟執行緒繫結的，所以不存在多執行緒共享變數之間的併發問題，所以ThreadLocal也就是執行緒安全的變數。
  2. ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的一個內部靜態類，沒有繼承java.util.Map，定義了一個Entry[]變數，通過Entry的get()方法作為key，value屬性作為值來實現一個類似Map的操作
  3. Entry 是 ThreadLocalMap 的一個內部靜態類，繼承WeakReference<ThreadLocal<?>>，並且定義了一個變數value（Object型別）
  4. ThreadLocal 內部封裝了getMap()、Set()、Get()、Remove()4個核心方法，用於操作ThreadLocalMap
  5. 通過getMap()獲取每個子執行緒Thread持有自己的ThreadLocalMap例項，因此它們是不存在併發競爭的
  6. ThreadLocalMap中Entry[]陣列儲存資料，初始化長度16，大於等於3/4閾值，就進行2倍擴容。
  7. ThreadLocalMap中Entry的key是對ThreadLocal的弱引用，當主執行緒拋棄掉ThreadLocal物件時，垃圾收集器會忽略這個key的引用而清理掉ThreadLocal物件， 防止了記憶體洩漏。
  8. 雜湊演算法-魔數0x61c88647，利用一定演算法實現了元素的完美雜湊

看原始碼可以得出，set、get、remove操作的都是ThreadLocalMap，key為當前執行緒，value為執行緒區域性變數快取值

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();
}

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

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

問題

不呼叫remove會記憶體溢位嗎？
大部分場景下是不會的，少數場景才會。

執行時，會在棧中產生兩個引用，指向堆中相應的物件。
可以看到，ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作為key，這樣一來，假設當ThreadLocal ref和ThreadLocal之間的強引用斷開時，即ThreadLocal ref被置為null，下一次GC時，threadLocal物件勢必會被回收。
這樣，ThreadLocalMap中就會出現key為null的Entry，就沒有辦法訪問這些key為null的Entry的value，如果當前執行緒再遲遲不結束的話，比如使用執行緒池，執行緒使用完成之後會被放回執行緒池中，不會被銷燬，這些key為null的Entry的value就會一直存在一條強引用鏈：
Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永遠無法回收，造成記憶體洩漏。

參考資料

https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/7978455.html ThreadLocal終極原始碼剖析
https://liwx2000.iteye.com/blog/1774169 ThreadLocal會記憶體溢位嗎
https://www.jianshu.com/p/cdb2ea3792b5 深入理解Java弱引用

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