当前位置:首页>技术>

thread local使用场景和原理

来源:原点资讯(m.360kss.com)时间:2023-04-15 23:35:49作者:YD166手机阅读>>

是什么

ThreadLocal从名字上看好像是一个Thread,其实并不是,它是Therad的局部变量的维护类。作用是让变量私有化(为每个Thread提供变量的副本),以此来实现线程间变量的隔离。比如有一个变量count,在多线程并发时操作count 会出现线程安全问题。但是通过ThreadLocal count,就可以为每个线程创建只属于当前线程的count副本,各自操作各自的副本,不会影响到其他线程。我们先有个概念,具体还是看源码(JDK1.8)。

thread local使用场景和原理,(1)

原理源码

简单用法

publicstaticvoidmain(String[]args){ ThreadLocala=newThreadLocal(); a.set("1"); a.set("2"); System.out.println(a.get()); } //输出结果是2。貌似“1”被覆盖了。

先看一下set(T value)方法。

/** *Setsthecurrentthread'scopyofthisthread-localvariable *tothespecifiedvalue.Mostsubclasseswillhavenoneedto *overridethismethod,relyingsolelyonthe{@link#initialValue} *methodtosetthevaluesofthread-locals. * *@paramvaluethevaluetobestoredinthecurrentthread'scopyof *thisthread-local. * */ publicvoidset(Tvalue){ //当前线程 Threadt=Thread.currentThread(); //获取ThreadLocalMap ThreadLocalMapmap=getMap(t); //map为空就创建,不为空就set if(map!=null) map.set(this,value); else createMap(t,value); } //给t.threadLocals赋值成ThreadLocalMap实例。 voidcreateMap(Threadt,TfirstValue){ t.threadLocals=newThreadLocalMap(this,firstValue); } ThreadLocalMap(ThreadLocalfirstKey,ObjectfirstValue){ table=newEntry[INITIAL_CAPACITY]; inti=firstKey.threadLocalHashCode&(INITIAL_CAPACITY-1); table[i]=newEntry(firstKey,firstValue); size=1; setThreshold(INITIAL_CAPACITY); } /** *Settheresizethresholdtomaintainatworsta2/3loadfactor. */ privatevoidsetThreshold(intlen){ threshold=len*2/3; } /*当前线程对于的ThreadLocalMap实例,在ThreadL类中*/ ThreadLocal.ThreadLocalMapthreadLocals=null;

这段代码逻辑比较简单,主要看ThreadLocalMap,它是TreadLocal的内部类,虽然没有实现Map接口,但看它的几个主要属性:Entry[] table、size、threshold、INITIAL_CAPACITY,和java.util.HashMap极其类似。关于这些属性更详尽的解释可以看一下这篇深入讲解HashMap的工作原理 。class注释中也提到它是一个为存放本地线程值而定制的hash map。它的key就是ThreadLocal当前实例this,值就是set的参数值。既然是hash map,就有可能出现hash冲突的问题,再复习一下解决hash冲突的常见方法

  1. 再哈希法:如果hash出的index已经有值,就再hash,不行继续hash,直至找到空的index位置。
  2. **开放地址法:**如果hash出的index已经有值,通过算法在它前面或后面的若干位置寻找空位。
  3. 建立公共溢出区:把冲突的hash值放到另外一块溢出区。
  4. 链式地址法:把产生hash冲突的hash值以链表形式存储在index位置上。HashMap的解决方案。

ThreadLocalMap用的是开放地址方法,如果当前位置有值,就继续寻找下一个位置,注意table[len-1]的下一个位置是table[0],就像是一个环形数组,所以也叫闭散列法。如果一直都找不到空位置就会出现死循环,发生内存溢出。当然有扩容机制,一般不会找不到空位置的。

/** *ThreadLocalMapisacustomizedhashmapsuitableonlyfor *maintainingthreadlocalvalues.Nooperationsareexported *outsideoftheThreadLocalclass.Theclassispackageprivateto *allowdeclarationoffieldsinclassThread.Tohelpdealwith *verylargeandlong-livedusages,thehashtableentriesuse *WeakReferencesforkeys.However,sincereferencequeuesarenot *used,staleentriesareguaranteedtoberemovedonlywhen *thetablestartsrunningoutofspace. * */ staticclassThreadLocalMap{ staticclassEntryextendsWeakReference>{ /**ThevalueassociatedwiththisThreadLocal.*/ Objectvalue; Entry(ThreadLocalk,Objectv){ super(k); value=v; } } /** *Thetable,resizedasnecessary. *table.lengthMUSTalwaysbeapoweroftwo. *table.length必须是2的幂次 */ privateEntry[]table; /** *Thenumberofentriesinthetable. *table实际已经存放#Entry的数量 */ privateintsize=0; /** *Thenextsizevalueatwhichtoresize. *table扩容的阈值,初始threshold=length*2/3,当size>threshold*3/4时就扩容 */ privateintthreshold; /** *Theinitialcapacity--MUSTbeapoweroftwo. *table的默认容量 */ privatestaticfinalintINITIAL_CAPACITY=16; /** *Setthevalueassociatedwithkey. * *@paramkeythethreadlocalobject *@paramvaluethevaluetobeset */ privatevoidset(ThreadLocalkey,Objectvalue){ Entry[]tab=table; intlen=tab.length; //计算key的角标index。就是用key的threadLocalHashCode&(len-1)等效于key.threadLocalHashCode%len //只是&要比%效率高,它们之所以可以等效,因为len是2的n次幂。 //threadLocalHashCode并不影响读懂这块代码,放在后面详说 inti=key.threadLocalHashCode&(len-1); //开放地址方法,循环tab for(Entrye=tab[i]; e!=null; e=tab[i=nextIndex(i,len)]){ ThreadLocalk=e.get(); //key相同,更新value if(k==key){ e.value=value; return; } //key为空,说明ThreadLocal实例被回收了,用新key-value替代 if(k==null){ replaceStaleEntry(key,value,i); return; } } //table[i]=null新建一个Entity, size tab[i]=newEntry(key,value); intsz= size; if(!cleanSomeSlots(i,sz)&&sz>=threshold) rehash(); } //整理table privatevoidrehash(){ //删除table[]陈旧元素 expungeStaleEntries(); //size依然大于3/4threshold,扩容 if(size>=threshold-threshold/4) resize(); } /** *Expungeallstaleentriesinthetable. *删除table[]所有key==null的entity */ privatevoidexpungeStaleEntries(){ Entry[]tab=table; intlen=tab.length; for(intj=0;jk=e.get(); if(k==null){ e.value=null;//HelptheGC }else{ //计算新数组index inth=k.threadLocalHashCode&(newLen-1); while(newTab[h]!=null) h=nextIndex(h,newLen); newTab[h]=e; count ; } } } setThreshold(newLen); size=count; table=newTab; } //返回当前线程对应的ThreadLocalMap ThreadLocalMapgetMap(Threadt){ returnt.threadLocals; } }

看了set方法,get方法就

/** *Returnsthevalueinthecurrentthread'scopyofthis *thread-localvariable.Ifthevariablehasnovalueforthe *currentthread,itisfirstinitializedtothevaluereturned *byaninvocationofthe{@link#initialValue}method. * *@returnthecurrentthread'svalueofthisthread-local */ publicTget(){ Threadt=Thread.currentThread(); ThreadLocalMapmap=getMap(t); if(map!=null){ ThreadLocalMap.Entrye=map.getEntry(this); if(e!=null){ @SuppressWarnings("unchecked") Tresult=(T)e.value; returnresult; } } returnsetInitialValue(); } /** *Variantofset()toestablishinitialValue.Usedinstead *ofset()incaseuserhasoverriddentheset()method. * *@returntheinitialvalue */ privateTsetInitialValue(){ Tvalue=initialValue();//null Threadt=Thread.currentThread(); ThreadLocalMapmap=getMap(t); if(map!=null) map.set(this,value); else createMap(t,value); returnvalue; } //默认值null protectedTinitialValue(){ returnnull; }源码总结:

总体来讲,ThreadLocal源码比较好理解。ThreadLocalMap虽然在ThreadLocal中定义,但是被Thread.threadLocals引用。这样保证了一个Thread拥有独立的ThreadLocalMap,做到和其他线程隔离。而ThreadLocalMap的key就是ThreadLocal实例,value就是线程变量。

再看一下最开始的源码。

publicstaticvoidmain(String[]args){ ThreadLocala=newThreadLocal(); a.set("1"); a.set("2"); System.out.println(a.get()); } //输出结果是2。貌似“1”被覆盖了。 //确实是被覆盖了,Thread.threadLocals的key是a,值当然只能有一个,get到的值也是最后一个value //单线程的内部实现类似这样 ThreadLocala=newThreadLocal(); Mapmap=newHashMap(); map.put(a,"1"); map.put(a,"2"); System.out.println(map.get(a));源码中的问题总结

  1. ThreadLocalMap的hash冲突问题

上文说到ThreadLocalMap解决hash冲突的方法是开放地址。但对threadLocalHashCode没有详细说明,下面补充说明一下它。

//计算数组下标 inti=key.threadLocalHashCode&(len-1); privatefinalintthreadLocalHashCode=nextHashCode(); /** *Thenexthashcodetobegivenout.Updatedatomically.Startsat *zero. *线程安全的原子类,发出下一个hashcode */ privatestaticAtomicIntegernextHashCode=newAtomicInteger(); /** *getAndAdd(v)返回的结果是nextHashCode,但是nextHashCode =HASH_INCREMENT; */ privatestaticintnextHashCode(){ returnnextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT); } /** *Thedifferencebetweensuccessivelygeneratedhashcodes-turns *implicitsequentialthread-localIDsintonear-optimallyspread *multiplicativehashvaluesforpower-of-two-sizedtables. *自增量 */ privatestaticfinalintHASH_INCREMENT=0x61c88647;

因为nextHashCode被static修饰,所以每次new ThreadLocal()都会自增HASH_INCREMENT,其值和斐波那契散列(Fibonacci)有关,主要目的是为了让哈希码能均匀的分布在2的n次方的数组里。这也是为什么table的容量是2的n次方的一个原因。

  1. 内存泄漏 & 弱引用 ThreadLocal使用不当可能会出现内存泄露,进而可能导致内存溢出**,内存泄露:垃圾对象没有及时回收或无法回收,一般情况下是因为对象有错误的引用,导致内存浪费,这些垃圾越来越多可能会导致内存溢出内存溢出:没有足够的内存提供申请者使用。 当然了,任何操作不当都会出现内存泄露或其他bug,我们这里只谈论ThreadLocal。 回顾Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap的关系。 Thread.threadLocals引用ThreadLocalMap,生命周期一致。ThreadLocal定义ThreadLocalMapThreadLocalMap#Entry弱引用ThreadLocal。我们通常说一个对象不被引用就会被gc回收,其实说的是强引用。但弱引用对象是,不管有没有被引用都会被垃圾回收。 当一个Thread执行完,被销毁后,Thread.threadLocals指向的ThreadLocalMap实例也会随之变为垃圾,当然它里面存放的Entity也会被回收。这时是不会发生内存泄漏的。 发生内存泄漏一般是在线程池,Thread生命周期比较长,threadLocals引用一直存在,当其存放的ThreadLocal被回收(弱引用生命周期比较短)后,它对应的Entity就成了key==null的实例,依然不会被回收。如果此Entity一直不被get()、set()、remove()它就一直不会被回收,也就发生了内存泄漏。通常在使用完ThreadLocal都会调用它的remove()。 补充:在ThreadLocal的get、set的时候,都会检查当前Entity的key是否为null,如果是null就把Entity释放掉,被垃圾回收。
应用场景

它的应用场景主要有

  1. 线程安全,包裹线程不安全的工具类,比如java.text.SimpleDateFormat类,当然jdk1.8已经给出了对应的线程安全的类java.time.format.DateTimeFormatter
  2. 线程隔离,比如数据库连接管理、Session管理、mdc日志追踪等。

最近在与前端对接的接口中用到了ThreadLocal。大概流程是,前端在请求后端接口时在header带上toekn,拦截器通过token获取到用户信息,通过ThreadLocal保存。主要代码如下:

//接口请求时先走filter publicbooleancheckUserLogin(Stringtoken){ UserDTOuser=getUserByToken(token); ContextUtil.setUserId(user.getId()); } publicclassContextUtil{ privatestaticThreadLocaluserIdHolder=newThreadLocal(); //存储userid publicstaticvoidsetUserId(StringuserId){ userIdHolder.set(userId); } publicstaticStringgetUserId(){ return(String)userIdHolder.get(); } } //实际调用接口 voidinvokeInterface(){ StringuserId=ContextUtil.getUserId(); ..... }

每一次接口请求都是一个线程,在校验接口合法后把userid存入ThreadLocal,以备后续之用。

总结

我们通过源码,对ThreadLocal的原理和应用作了深入讲解。当然本人能力一般,水平有限,难免有些谬误。还请各位多担待,欢迎指正。有反馈才有进步。

栏目热文

javathreadlocal原理(java thread 方法详解)

javathreadlocal原理(java thread 方法详解)

图解:该图基于Android中的ThreadLocal在Looper中的应用,其能够实现一个线程只有一个Looper的私...

2023-04-15 23:23:59查看全文 >>

threadlocal 存在意义(threadlocal存在哪里)

threadlocal 存在意义(threadlocal存在哪里)

功能迭代,在代码层面小编有1w种实现方法(吹牛的),一起来看看这次小编如何使用ThreadLocal优雅地完成本次迭代吧...

2023-04-15 23:15:22查看全文 >>

threadlocal的底层原理(threadlocal实际中的作用)

threadlocal的底层原理(threadlocal实际中的作用)

1、ThreadLocal的底层原理图说明:Thread中有threadLocals成员变量,threadLocal会在...

2023-04-15 23:59:19查看全文 >>

threadlocal实例(threadlocal使用范例)

threadlocal实例(threadlocal使用范例)

作者:@adamhandzybuluo.com/adamhand/note/1370920ThreadLocal是什么首...

2023-04-15 23:56:45查看全文 >>

threadlocal 使用场景(threadlocal详细介绍)

threadlocal 使用场景(threadlocal详细介绍)

两大使用场景-ThreadLocal的用途典型场景1: 每个线程需要一个独享的对象(通常是工具类,典型需要使用的类有Si...

2023-04-15 23:45:51查看全文 >>

柿子树风水大忌(旺宅最好的树)

柿子树风水大忌(旺宅最好的树)

“前不栽桑,后不栽柳,刀锯不上槐树身,院中不栽鬼拍手”,都是农村的一些带有迷信色彩的讲究。随着科学知识的普及,这些讲究忌...

2023-04-15 23:28:56查看全文 >>

柿子树种到院子里禁忌(柿子树栽在庭院什么位置好)

柿子树种到院子里禁忌(柿子树栽在庭院什么位置好)

提要:柿子树在院子当中种植好吗?柿子树是我国一个历史悠久的果木之一,因为柿子树所结的果实红彤彤颜色极佳,秋天成熟季节树上...

2023-04-15 23:21:05查看全文 >>

柿子最怕三句话(柿子树为什么要砍几刀)

柿子最怕三句话(柿子树为什么要砍几刀)

我国的文化博大精深,尤其是独有的俗语文化,蕴含着古人们的经验和智慧,给后人们带来了很多借鉴。俗语通过简单易懂的知识,被人...

2023-04-15 23:42:45查看全文 >>

柿子树为什么不能种在家门前(柿子树种在大门口好吗)

柿子树为什么不能种在家门前(柿子树种在大门口好吗)

明天就是3月12号植树节了,过去,风水学把一棵树归于吉祥之物,种树也需要看风水,不能乱种,种树的作用不止是遮荫纳凉、美化...

2023-04-15 23:34:55查看全文 >>

为什么院子里不能种柿子树(庭院里种柿子树好不好)

为什么院子里不能种柿子树(庭院里种柿子树好不好)

所谓前人栽树,后人乘凉。种树对于咱们中国人来说,是一种非常优良的习俗。因为一棵树不仅可以起到成荫纳凉的作用。而且更可以讨...

2023-04-16 00:01:06查看全文 >>

文档排行