java线程本地变量ThreadLocal详解

网友投稿 304 2023-01-05


java线程本地变量ThreadLocal详解

介绍

ThreadLocal作为JDK1.2以来的一个java.lang包下的一个类,在面试和工程中都非常重要,这个类的主要目的是提供线程本地的变量,所以也有很多地方把这个类叫做线程本地变量

从字面理解,这个类为每个线程都创建了一个本地变量,实际上是ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本,使得每个线程都可以访问自己内部的副本变量

通常提到多线程,都会考虑变量同步的问题,但是ThreadLocal并不是为了解决多线程共享变量同步的问题,而是为了让每个线程的变量不互相影响,相当于线程之间操纵的都是变量的副本,自然就不用考虑多线程竞争的问题,也自然没有性能损耗

使用方式

先来看常用的这几个方法

pubhttp://lic T get() { }

public void set(T value) { }

public void remove() { }

protected T initialValue() { }

显而易见,get()方法获取线程拥有的副本值,set()方法进行设值,remove()方法移除,initialValue()进行变量初始化,我们先来看下面这个实例,同时体会一下应用场景

public class Demo {

public static ThreadLocal threadLocal = null;

public static void main(String[] args) {

threadLocal = new ThreadLocal()TfXkFBP {

/**

* 通过重写该方法来初始化ThreadLocal的值

*/

@Override

protected Integer initialValue() {

return 10;

}

};

MyThread t1 = new MyThread(20);

MyThread t2 = new MyThread(30);

t1.start();

// 这里为了描述清晰,省略了try-catch语句块

t1.join();

t2.start();

}

}

在上述方法中,我们定义并初始化一个ThreadLocal类为10(通过重写initialValue()方法实现),然后开启了两个线程,同时我们这里让t2线程等待t1线程执行完再执行

MyThread类详细信息如下

class MyThread http://extends Thread {

private int val = 0;

MyThread(int val) {

this.val = val;

}

@Override

public void run() {

System.out.println(Thread.currentThread() + "-BEFORE-" + Demo.threadLocal.get());

Demo.threadLocal.set(val);

System.out.println(Thread.currentThread() + "-AFTER-" + Demo.threadLocal.get());

}

}

我们通过调用ThreadLocal对象的get()方法来获取当前的值,然后通过set()方法设置一个新值(每个线程我们设置不同的值),然后再通过get()方法来获取设置后的值

运行结果如下

重点是图中标注的t2线程变量的初始值,虽然我们在t1线程中修改了变量的值,但是在t2线程中变量值并没有被改变,这样就实现了每个线程独有的变量

同时,如果一个ThreadLocal对象要在很多地方进行复用时,需要在使用前通过调用**remove()**方法来将本地变量恢复到默认值

也许有人会问了,我们给每个线程定义自己的私有变量不是也可以实现同样的操作吗,理论上当然是可行的,但是ThreadLocal远比私有变量的形式方便,不仅可以在线程外部进行统一的初始化,而且避免在线程内部额外设置变量

原理

点进ThreadLocal的源码中,发现并没有存储变量的字段值,那看来ThreadLocal并不负责保存变量,我们只能从方法下手

先看initial()方法,毕竟我们的变量默认初始值就是在这个方法中设置,如下

protected T initialValue() {

return null;

}

我们在每次创建ThreadLocal都要重写这个方法,那么这个方法到底在哪调用呢,我们点进get()方法源码中,如下

public T get() {

// 获取当前线程

Thread t = Thread.currentThread();

// 获取当前线程的map

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if (map != null) {

ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);

if (e != null) {

T result = (T)e.value;

return result;

}

}

// 如果map为空则进行创建

return setInitialValue();

}

有点眉头了,我们发现这里获取了一个ThreadLocalMap对象,所以会想到有可能是通过让线程与变量作一个KV表,来实现每个线程拥有自己独有的变量

我们点进getMap(t)方法中,发现返回了线程t的一个threadLocals属性,这是Thread类的一个字段:

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

这是一个由ThreadLocal类维护的属性,Thread的任何方法都没有对这个字段进行修改操作,而这个ThreadLocalMap本身又是ThreadLocal的一个内部类,可以把它理解成一个Map(虽然这个类没有继承Map接口)

同时要注意,在ThreadLocalMap对象中的Entry对象(键值对),继承了一个ThreadLocaMap的弱引用,如下

static class Entry extends WeakReference> {

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

Object value;

Entry(ThreadLocal> k, Object v) {

super(k);

value = v;

}

}

也就是说,当ThreadLocal被置为空时,Entry中的Key则会在下一次YGC中被回收

我们还是没有看到initialValue()方法,别急,点进setInitialValue()方法,也就是如果在get()方法中检测到map为空时调用的方法,如下

private T setInitialValue() {

// 我们设定的初始值

T value = initialValue();

// 当前线程

Thread t = Thread.currentThread();

// 再检查一次是否为空

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if (map != null)

map.set(this, value);

else

createMap(t, value);

return value;

}

现在基本操作我们都清楚了,set()方法和initialValue()几乎完全一致,remove()方法则是普通地移除了一个KV键值对(K为当前线程),这里均不再列出,如果感兴趣可以自行查看

注意事项

1.脏数据

从上面的分析可以看出,ThreadLocal是和Thread绑定的,每一个Thread对应一个value,如果没有在使用结束后调用remove()方法,就会在下一次重用时读到脏数据(针对同一个线程而言),尤其是使用线程池的场景(线程池中的线程经常会复用)

2.内存泄露

一般在使用时都会将ThreadLocal设置为静态字段,这时候当线程执行完成后,KV中的V是不会自动回收的,所以要在使用完后及时调用remove()方法清理


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