从面试中的问题分析ThreadLocal
threadlocal是什么
threadlocal是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射,各个线程之间的变量互不干扰,在高并发场景下,可以实现无状态的调用,特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。
从数据结构入手
下图为threadlocal的内部结构图
从上面的结构图,我们已经窥见threadlocal的核心机制:
- 每个thread线程内部都有一个map。
- map里面存储线程本地对象(key)和线程的变量副本(value)
- 但是,thread内部的map是由threadlocal维护的,由threadlocal负责向map获取和设置线程的变量值。
所以对于不同的线程,每次获取副本值时,别的线程并不能获取到当前线程的副本值,形成了副本的隔离,互不干扰。
thread线程内部的map在类中描述如下:
public class thread implements runnable { /* threadlocal values pertaining to this thread. this map is maintained * by the threadlocal class. */ threadlocal.threadlocalmap threadlocals = null; }
深入解析threadlocal
threadlocal类提供如下几个核心方法:
public t get() public void set(t value) public void remove()
- get()方法用于获取当前线程的副本变量值。
- set()方法用于保存当前线程的副本变量值。
- initialvalue()为当前线程初始副本变量值。
- remove()方法移除当前前程的副本变量值。
get()方法
/** * returns the value in the current thread's copy of this * thread-local variable. if the variable has no value for the * current thread, it is first initialized to the value returned * by an invocation of the {@link #initialvalue} method. * * @return the current thread's value of this thread-local */ public t get() { thread t = thread.currentthread(); threadlocalmap map = getmap(t); if (map != null) { threadlocalmap.entry e = map.getentry(this); if (e != null) return (t)e.value; } return setinitialvalue(); } threadlocalmap getmap(thread t) { return t.threadlocals; } private t setinitialvalue() { t value = initialvalue(); thread t = thread.currentthread(); threadlocalmap map = getmap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createmap(t, value); return value; } protected t initialvalue() { return null; }
步骤:
1.获取当前线程的threadlocalmap对象threadlocals
2.从map中获取线程存储的k-v entry节点。
3.从entry节点获取存储的value副本值返回。
4.map为空的话返回初始值null,即线程变量副本为null,在使用时需要注意判断nullpointerexception。
set()方法
/** * sets the current thread's copy of this thread-local variable * to the specified value. most subclasses will have no need to * override this method, relying solely on the {@link #initialvalue} * method to set the values of thread-locals. * * @param value the value to be stored in the current thread's copy of * this thread-local. */ 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; } void createmap(thread t, t firstvalue) { t.threadlocals = new threadlocalmap(this, firstvalue); }
步骤:
1.获取当前线程的成员变量map
2.map非空,则重新将threadlocal和新的value副本放入到map中。
3.map空,则对线程的成员变量threadlocalmap进行初始化创建,并将threadlocal和value副本放入map中。
remove()方法
/** * removes the current thread's value for this thread-local * variable. if this thread-local variable is subsequently * {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be * reinitialized by invoking its {@link #initialvalue} method, * unless its value is {@linkplain #set set} by the current thread * in the interim. this may result in multiple invocations of the * <tt>initialvalue</tt> method in the current thread. * * @since 1.5 */ public void remove() { threadlocalmap m = getmap(thread.currentthread()); if (m != null) m.remove(this); } threadlocalmap getmap(thread t) { return t.threadlocals; }
remove方法比较简单,不做赘述。
threadlocalmap
threadlocalmap是threadlocal的内部类,没有实现map接口,用独立的方式实现了map的功能,其内部的entry也独立实现。
在threadlocalmap中,也是用entry来保存k-v结构数据的。但是entry中key只能是threadlocal对象,这点被entry的构造方法已经限定死了。
static class entry extends weakreference<threadlocal> { /** the value associated with this threadlocal. */ object value; entry(threadlocal k, object v) { super(k); value = v; } }
entry继承自weakreference(弱引用,生命周期只能存活到下次gc前),但只有key是弱引用类型的,value并非弱引用。
threadlocalmap的成员变量:
static class threadlocalmap { /** * the initial capacity -- must be a power of two. */ private static final int initial_capacity = 16; /** * the table, resized as necessary. * table.length must always be a power of two. */ private entry[] table; /** * the number of entries in the table. */ private int size = 0; /** * the next size value at which to resize. */ private int threshold; // default to 0 }
hash冲突怎么解决
和hashmap的最大的不同在于,threadlocalmap结构非常简单,没有next引用,也就是说threadlocalmap中解决hash冲突的方式并非链表的方式,而是采用线性探测的方式,所谓线性探测,就是根据初始key的hashcode值确定元素在table数组中的位置,如果发现这个位置上已经有其他key值的元素被占用,则利用固定的算法寻找一定步长的下个位置,依次判断,直至找到能够存放的位置。
threadlocalmap解决hash冲突的方式就是简单的步长加1或减1,寻找下一个相邻的位置。
/** * increment i modulo len. */ private static int nextindex(int i, int len) { return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0); } /** * decrement i modulo len. */ private static int previndex(int i, int len) { return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1); }
显然threadlocalmap采用线性探测的方式解决hash冲突的效率很低,如果有大量不同的threadlocal对象放入map中时发送冲突,或者发生二次冲突,则效率很低。
所以这里引出的良好建议是:每个线程只存一个变量,这样的话所有的线程存放到map中的key都是相同的threadlocal,如果一个线程要保存多个变量,就需要创建多个threadlocal,多个threadlocal放入map中时会极大的增加hash冲突的可能。
threadlocalmap的问题
由于threadlocalmap的key是弱引用,而value是强引用。这就导致了一个问题,threadlocal在没有外部对象强引用时,发生gc时弱引用key会被回收,而value不会回收,如果创建threadlocal的线程一直持续运行,那么这个entry对象中的value就有可能一直得不到回收,发生内存泄露。
如何避免泄漏
既然key是弱引用,那么我们要做的事,就是在调用threadlocal的get()、set()方法时完成后再调用remove方法,将entry节点和map的引用关系移除,这样整个entry对象在gc roots分析后就变成不可达了,下次gc的时候就可以被回收。
如果使用threadlocal的set方法之后,没有显示的调用remove方法,就有可能发生内存泄露,所以养成良好的编程习惯十分重要,使用完threadlocal之后,记得调用remove方法。
threadlocal<session> threadlocal = new threadlocal<session>(); try { threadlocal.set(new session(1, "misout的博客")); // 其它业务逻辑 } finally { threadlocal.remove(); }
应用场景
还记得hibernate的session获取场景吗?
private static final threadlocal<session> threadlocal = new threadlocal<session>(); //获取session public static session getcurrentsession(){ session session = threadlocal.get(); //判断session是否为空,如果为空,将创建一个session,并设置到本地线程变量中 try { if(session ==null&&!session.isopen()){ if(sessionfactory==null){ rbuildsessionfactory();// 创建hibernate的sessionfactory }else{ session = sessionfactory.opensession(); } } threadlocal.set(session); } catch (exception e) { // todo: handle exception } return session; }
为什么?每个线程访问数据库都应当是一个独立的session会话,如果多个线程共享同一个session会话,有可能其他线程关闭连接了,当前线程再执行提交时就会出现会话已关闭的异常,导致系统异常。此方式能避免线程争抢session,提高并发下的安全性。
使用threadlocal的典型场景正如上面的数据库连接管理,线程会话管理等场景,只适用于独立变量副本的情况,如果变量为全局共享的,则不适用在高并发下使用。
总结
- 每个threadlocal只能保存一个变量副本,如果想要上线一个线程能够保存多个副本以上,就需要创建多个threadlocal。
- threadlocal内部的threadlocalmap键为弱引用,会有内存泄漏的风险。
- 适用于无状态,副本变量独立后不影响业务逻辑的高并发场景。如果如果业务逻辑强依赖于副本变量,则不适合用threadlocal解决,需要另寻解决方案。
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。
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