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大白话讲解JDK源码系列：从头到尾再讲一遍ThreadLocal

引言

其实网上有很多关于

ThreadLocal

的文章了，有不少文章也已经写的非常好了。但是很多同学反应还有一些部分没有讲解的十分清楚，还是有一定的疑惑没有想的十分清楚。因此本文主要结合常见的一些疑问、

ThreadLocal

源码、应用实例以注意事项来全面而深入地再详细讲解一遍

ThreadLocal

。希望大家看完本文后可以彻底掌握

ThreadLocal

。

ThreadLocal是什么？它能干什么？

在阐述

ThreadLocal

之前，我们先来看下它的设计者是怎么描述

ThreadLocal

的吧。

在这里插入图片描述
看完官方的描述后，结合自己的理解，

ThreadLocal

提供了一种对应独立线程内的数据访问机制，实现了变量在线程之间隔离，在线程生命周期内独立获取或者设置的能力。如果我们想在线程内传递参数但是有不想作为方法参数的时候，

ThreadLocal

就可以排上用场了。不过值得注意的是

ThreadLocal

并不会解决变量共享问题。实际上从

ThreadLocal

的名称上面来看，线程本地变量也已经大致说明了它的作用，所以变量的命名还是非常重要的，要做到顾名思义。如果觉得还不是很理解，没关系，我们可以通过以下的场景再加深下理解。

假如有以下的场景，假设只有一个数据库连接，客户端1、2、3都需要获取数据库连接来进行具体的数据库操作，但是同一时间点只能有一个线程获取连接，其他线程只能等待。因此就会出现数据库访问效率不高的问题。

在这里插入图片描述
那我们有没有什么办法能够避免线程等待的情况呢？上述问题的根本原因是数据库连接是共享变量，同事只能有一个线程可以进行操作。那如果三个线程都有自己的数据库连接，互相隔离，那不就不会出现等待的问题了嘛。那么此时我么可以使用

ThreadLocal

实现在不同线程中的变量隔离。可以看出来，

ThreadLocal

是一种已空间换取时间的做法。

在这里插入图片描述

ThreadLocal实现线程隔离的秘密

从上文中，我们了解到

ThreadLocal

可以实现变量访问的线程级别的隔离。那么它是到底如何实现的呢？这还需要结合

Thread

以及

ThreadLocal

的源码来分析才能揭开

ThreadLocal

实现线程隔离的神秘面纱。

publicclassThreadimplementsRunnable{.../* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals =null;...}

在

Thread

源码中我们发现，它有一个

threadLocals

变量，它的类型是ThreadLocal中的内部类

ThreadLocalMap

。我们在看下

ThreadLocalMap

的定义是怎样的。从源码中我们可以看出来，

ThreadLocalMap

实际上就是

Entry

数组，这个

Entry

对应的

key

实际就是

ThreadLocal

的实例，

value

就是实际的变量值。

publicclassThreadLocal<T>{...staticclassThreadLocalMap{staticclassEntryextendsWeakReference<ThreadLocal<?>>{/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k,Object v){super(k);
                value = v;}}...//底层数据结构是数组privateEntry[] table;...}...}

通过查看上述的源码，如果还不太好理解的话，我们再结合下现实中的例子来理解。大家都有支付宝账户，我们通过它来管理着我们的银行卡、余额、花呗这些金融服务。

在这里插入图片描述
我们以支付宝以及支付宝账户进行类比，假设

ThreadLocal

就是支付宝，每个支付宝账户实际就是单独的线程，而账户中的余额属性就相当于

Thread

的私有属性

ThreadLocalMap

。我们在日常生活中，进行账户余额的充值或者消费，并不是直接通过账户进行操作的，而是借助于支付宝进行维护的。这就相当于每个线程对

ThreadLocalMap

进行操作的时候也不是直接操作的，而是借助于

ThreadLocal

来操作。

在这里插入图片描述
那么

Thread

到底是怎么借助

ThreadLocal

进行私有属性管理的呢？还是需要进一步查看

Thread

进行

set

以及

get

操作的源码。从以下的

ThreadLocal

的源码中我们可以看出，在进行操作之前，需要获取当前的执行操作的线程，再根据线程或者线程中私有的

ThreadLocalMap

属性来进行操作。

在这里插入图片描述
在进行数据获取的时候，也是按照同样的流程，先获取当前的线程，再获取线程中对应的

ThreadLocalMap

属性来进行后续的值的获取。
在这里插入图片描述
经过上述的源码的分析，我们可以得出这样的结论，

ThreadLocal

之所以可以实现变量的线程隔离访问，实际上就是借助于

Thread

中的

ThreadLocalMap

属性来进行操作。由于都是操作线程本身的属性，因此并不会影响其他线程中的变量值，因此可以实现线程级别的数据修改隔离。
在这里插入图片描述

为什么ThreadLocal会出现OOM的问题？

内存泄漏演示

我们都知道，

ThreadLocal

如果使用不当的话会出现内存泄漏的问题，那么我们就通过下面的这段代码来分析下，内存泄漏的原因到底是什么。

/**
 * @author mufeng
 * @description 测试ThreadLocal内存溢出
 * @date 2022/1/16 19:01
 * @since
 */publicclassThreadLocalOOM{/**
     * 测试线程池
     */privatestaticExecutor threadPool =newThreadPoolExecutor(3,3,40,TimeUnit.SECONDS,newLinkedBlockingDeque<>());staticclassInfo{privatebyte[] info =newbyte[10*1024*1024];}privatestaticThreadLocal<Info> infoThreadLocal =newThreadLocal<>();publicstaticvoidmain(String[] args)throwsInterruptedException{for(int i =0; i <10; i++){
            threadPool.execute(()->{
                infoThreadLocal.set(newInfo());System.out.println("Thread started:"+Thread.currentThread().getName());});Thread.sleep(100);}}}

手动进行

GC

之后，我们可以发现堆中仍然有超过30M的堆内存占用，如上面的代码，在线程池中活跃的线程会有三个，对应的

value

为10M，说明在线程还存活的情况下，对应的

value

并没有被回收，因此存在内存泄漏的情况，如果存在大量线程的情况，就会出现

OOM

。
在这里插入图片描述
当我们修改代码在线程中进行

remove

操作，手动GC之后我们发现堆内存趋近于0了，之前没有被回收的对象已经被回收了。
在这里插入图片描述

内存泄漏问题分析

以上是对于

ThreadLocal

发生内存泄漏问题的演示，那么再来仔细分析下背后的原因是什么。

ThreadLocal

中实际存储数据的是

ThreadLocalMap

，实际上

Map

对应的

key

是一个虚引用，在

GC

的时候可以被回收掉，但是问题就在于key所对应的

value

，它是强引用，只要线程存活，那么这条引用链就会一致存在，如果出现大量线程的时候就会有

OOM

的风险。
所以在使用

ThreadLocal

的时候一定记得要显式的调用

remove

方法进行清理，防止内存泄漏。
在这里插入图片描述

父子线程的参数传递

到这里，我相信大家对于

ThreadLocal

的原理有了比较深入的理解了。结合上文中的

ThreadLocal

代码，不知道大家有没有思考过一个问题，我们在使用

ThreadLocal

的时候都是在同一个线程内进行了

set

以及

get

操作，那么如果

set

操作与

get

操作在父子线程中是否还可以正常的获取呢？带着这样的疑问，我们来看下如下的代码。

/**
 * @author mufeng
 * @description 父子线程参数传递
 * @date 2022/1/16 9:54
 * @since
 */publicclassInheritableThreadLocalMain{privatestaticfinalThreadLocal<String> count =newThreadLocal<>();publicstaticvoidmain(String[] args){

        count.set("父子线程参数传递！！！");System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ count.get());newThread(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ count.get());}).start();}}

与之前代码有所不同，ThreadLocal的设值是在main线程中进行的，但是获取操作实际是在主线程下的子线程中进行的，大家可以分析一下运行结果是怎么样的。
在这里插入图片描述
看到这个运行结果，不知道大家分析的对不对呢。实际上如果理解了上文的核心的话，这个问题应该很好分析的。

ThreadLocal

获取数据的时候，首先是需要获取当前的线程的，根据线程获取实际存储数据的

ThreadLocalMap

，上文代码中设置和获取在父子线程中进行，那肯定是获取不到设置的数据的。但是在现实的项目开发中，我们会经常遇到需要将父线程的变量值传递给子线程进行处理，那么应该要怎么来实现呢？这个时候

InheritableThreadLocal

就派上用场了。

/**
 * @author mufeng
 * @description 父子线程参数传递
 * @date 2022/1/16 9:54
 * @since
 */publicclassInheritableThreadLocalMain{privatestaticfinalThreadLocal<String> count =newInheritableThreadLocal<>();publicstaticvoidmain(String[] args){

        count.set("父子线程参数传递！！！");System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ count.get());newThread(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+ count.get());}).start();}}

在这里插入图片描述
那么

InheritableThreadLocal

到底是如何实现父子线程的参数传递的呢？我么还是的看看源码中的实现原理。实际上在

Thread

源码中，除了有

Threadlocal

私有属性还有

InheritableThreadLocal

私有属性。

publicclassThreadimplementsRunnable{/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals =null;/*
     * InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is
     * maintained by the InheritableThreadLocal class.
     */ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals =null;...publicThread(Runnable target){init(null, target,"Thread-"+nextThreadNum(),0);}privatevoidinit(ThreadGroup g,Runnable target,String name,long stackSize){init(g, target, name, stackSize,null,true);}privatevoidinit(ThreadGroup g,Runnable target,String name,long stackSize,AccessControlContext acc,boolean inheritThreadLocals){...//关键if(inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals !=null)this.inheritableThreadLocals =ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);...}...}

实际在进行子线程创建的时候，在线程初始化过程中，判断了父线程中的

inheritableThreadLocals

属性是否为空，如果不为空的话需要进行值的复制，这样便实现了父子线程的值传递。

在这里插入图片描述

总结

本文主要对

ThreadLocal

进行了相对全面的分析，从它的使用场景、原理以及源码分析、产生

OOM

的原因以及一些使用上的注意，相信通过本文的学习，大家对于

ThreadLocal

会有更加深刻的理解。

标签： java 开发语言 后端
本文转载自: https://blog.csdn.net/Diamond_Tao/article/details/122571037
版权归原作者 慕枫技术笔记 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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