ThreadLocal
作用和目的
在多线程下对于临界区的访问，通常会通过加锁来保证并发的安全性。
但无论是乐观锁还是悲观锁，在并发冲突的时候都会对性能造成影响。
ThreadLocal 是一种 “空间换时间” 的方式，相当于为每个线程创建一个局部变量，这样自然就不会出现竞争资源的情况
使用
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// lambda表达式 Supplier 初始化
ThreadLocal<String> stringThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> "init");
// 匿名内部类方式处理化
ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatThreadLocal = new ThreadLocal<>(){
@Override
protected SimpleDateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
}
};
Thread t1 = new Thread(()->{
stringThreadLocal.set("1");
stringThreadLocal.get();
Date now = new Date();
System.out.println(formatThreadLocal.get().format(now));
});
Thread t2 = new Thread(()->{
stringThreadLocal.set("2");
});
t1.setName("子线程1");
t1.start();
t2.setName("子线程2");
t2.start();
Thread.sleep(1000);
}
原理
一个线程对应一个 ThreadLocalMap 对象，一个线程可拥有多个 ThreadLocal 对象，这些 ThreadLocal 对象和 value 存在 ThreadLocalMap.Entry 数组中
初始化
可通过设置初始化方式，为每个线程的 Entry.value 设置初始值
// lambda表达式 Supplier 初始化
ThreadLocal<String> stringThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> "init");
// 匿名内部类方式处理化
ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatThreadLocal = new ThreadLocal<>(){
@Override
protected SimpleDateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
}
};
设置初始值并不是创建对象时进行，而是在调用 get 方法时，获取不到值才设置
获取值
/** ThreadLocal **/
public T get() {
// 获取当前 Thread
Thread t = Thread.currentThread();
// 获取当前 Thead 的 TheadLocalMap
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;
}
}
// 返回初始值
return setInitialValue();
}
设置值
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
map.set(this, value);
} else {
createMap(t, value);
}
}
最终将值存在 Entry.value 中，并将该 Entry作为 Entry数组的一个元素
在寻找在数组中的下标位置时，采用hash来获取，若该下标被占用，就判断下一个位置，直到找到未被占用的位置
内存泄露问题
虽然ThreadLocalMap中的key是弱引用，当不存在外部强引用的时候，就会自动被回收，但是Entry中的value依然是强引用
这个value的引用链条如下：
由于 Entry数组属于线程的变量，存在在线程的整个生命周期，所以只有在 Thread 结束被回收时，value 才有被回收的机会。
ThreadLocalMap 检测到 弱引用的 ThreadLocal 被回收后，会调用 expungeStaleEntry() 方法，来释放 value
这个方法不仅仅只释放该 ThreadLocal 对应的value，会继续遍历 Entry 数组，直到获取到的 Entry==null
获取的 Entry 的弱引用 key 为 null, 则释放强引用 value，并将该 Entry[i] 置为null
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// expunge entry at staleSlot
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = null;
size--;
// Rehash until we encounter null
Entry e;
int i;
for (i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == null) {
e.value = null;
tab[i] = null;
size--;
} else {
int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
if (h != i) {
tab[i] = null;
// Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
// null because multiple entries could have been stale.
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
tab[h] = e;
}
}
}
return i;
}
ThreadLocal 的 set()、get()、remove() 都会间接调用到这个方法
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
while (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key)
return e;
// 弱引用 key 被回收
if (k == null)
// 回收 key
expungeStaleEntry(i);
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
从这里可以看到，ThreadLocal为了避免内存泄露，也算是花了一番大心思。不仅使用了弱引用维护key，还会在每个操作上检查key是否被回收，进而再回收value。
但是 ThreadLocal 的这种方式并不能保证不会发生内存泄露
存在一种极端情况，get()方法总是访问固定几个存在的 ThreadLocal，清理动作根本不会执行，没有机会调用set()和remove()，那么这个内存泄漏依然会发生。
当你需要这个ThreadLocal变量时，主动调用remove()，这样对整个系统是有好处的
InheritableThreadLocal
可以被继承的ThreadLocal
子线程并不能获取父线程的 ThreadLocal 对象
如果我们希望子线程可以看到父线程的ThreadLocal，那么就可以使用InheritableThreadLocal。顾名思义，这就是一个支持线程间父子继承的ThreadLocal
但是依然要注意以下几点：
- 变量的传递是发生在线程创建的时候，如果不是新建线程，而是用了线程池里的线程，就不灵了
- 变量的赋值就是从主线程的map复制到子线程，它们的value是同一个对象，如果这个对象本身不是线程安全的，那么就会有线程安全问题
