JAVA并发-自问自答学ThreadLocal

前言

ThreadLocal成百上千同桌都搞不懂是哪些事物,可以用来干嘛。但面试时却又每每问到,所以这一次小编和大家齐声上学ThreadLocal这个类。

上边小编就以面试问答的格局学习我们的——ThreadLocal类(源码分析基于JDK8)

问答内容

1.

问:ThreadLocal问询呢?您能给本身说说她的首要用途吗?

答:

  • 从JAVA官方对ThreadLocal类的验证定义(定义在示范代码中):ThreadLocal类用来提供线程内部的一部分变量。那种变量在十二线程环境下访问(通过getset方法访问)时能确保种种线程的变量相对独立于其余线程内的变量。ThreadLocal实例平常来说都以private static花色的,用于关联线程和线程上下文。

  • 咱俩得以得知ThreadLocal的效果是:ThreadLocal的效益是提供线程内的一部分变量,分化的线程之间不会相互苦恼,那种变量在线程的生命周期内起功效,裁减同三个线程内五个函数或机件之间有个别公家变量的传递的复杂度。

  • 上述可以概述为:ThreadLocal提供线程内部的一部分变量,在本线程内随时四处可取,隔离其他线程。

演示代码:

/**
 * 该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。 这些变量不同于它们的普通对应物,
 * 因为访问某个变量(通过其 get 或 set 方法)的每个线程都有自己的局部变量
 * 它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段
 * 它们希望将状态与某一个线程(例如,用户 ID 或事务 ID)相关联。
 *
 * 例如,以下类生成对每个线程唯一的局部标识符。
 * 
 * 线程 ID 是在第一次调用 UniqueThreadIdGenerator.getCurrentThreadId() 时分配的,
 * 在后续调用中不会更改。
 * <pre>
 * import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 *
 * public class ThreadId {
 *     // 原子性整数,包含下一个分配的线程Thread ID 
 *     private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
 *
 *     // 每一个线程对应的Thread ID
 *     private static final ThreadLocal<Integer> threadId =
 *         new ThreadLocal<Integer>() {
 *             @Override protected Integer initialValue() {
 *                 return nextId.getAndIncrement();
 *         }
 *     };
 *
 *     // 返回当前线程对应的唯一Thread ID, 必要时会进行分配
 *     public static int get() {
 *         return threadId.get();
 *     }
 * }
 * </pre>
 * 每个线程都保持对其线程局部变量副本的隐式引用,只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的
 * 在线程消失之后,其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收,(除非存在对这些副本的其他引用)。
 *
 * @author  Josh Bloch and Doug Lea
 * @since   1.2
 */
public class ThreadLocal<T> {
·····
   /**
     * 自定义哈希码(仅在ThreadLocalMaps中有用)
     * 可用于降低hash冲突
     */
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

    /**
     * 生成下一个哈希码hashCode. 生成操作是原子性的. 从0开始
     * 
     */
    private static AtomicInteger nextHashCode =
        new AtomicInteger();


    /**
     * 表示了连续分配的两个ThreadLocal实例的threadLocalHashCode值的增量 
     */
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;


    /**
     * 返回下一个哈希码hashCode
     */
    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }
·····

}
  • 其中nextHashCode()措施就是三个原子类不停地去加上0x61c88647,那是二个很尤其的数,叫斐波这契散列(Fibonacci
    Hashing),斐波那契又有3个名号叫黄金分割,也等于说将那么些数作为哈希值的增量将会使哈希表的遍布更为均匀。

2.

问:ThreadLocal兑现原理是什么样,它是怎么着做到局地变量区其余线程之间不会互相困扰的?

答:

  • 普通,假使作者不去看源代码的话,作者猜ThreadLocal是这样子设计的:每种ThreadLocal类都创立多个Map,然后用线程的ID
    threadID作为Mapkey,要存储的一对变量作为Mapvalue,那样就能落成各类线程的值隔离的效能。那是最简便易行的布署形式,JDK最早期的ThreadLocal就是这么设计的。

  • 而是,JDK前面优化了设计方案,现时JDK8
    ThreadLocal的规划是:各个Thread有限匡助一个ThreadLocalMap哈希表,这么些哈希表的keyThreadLocal实例自身,value才是当真要存储的值Object

  • 本条企划与我们一起头说的筹划刚好相反,那样设计有如下几点优势:

    1)
    那样设计之后每种Map存储的Entry数码就会变小,因为事先的储存数量由Thread的数码控制,将来是由ThreadLocal的多寡控制。

    2)
    Thread销毁之后,对应的ThreadLocalMap也会跟着销毁,能裁减内存的接纳。

ThreadLocal引用关系图- 图片来自于《简书 –
对ThreadLocal完成原理的某个心想》

上述解释根本参考自:ThreadLocal和synchronized的区别?

3.

问:您能说说ThreadLocal常用操作的最底层已毕原理吗?如存储set(T value),获取get(),删除remove()等操作。

答:

  • 调用get()操作获取ThreadLocal中对相应前线程存储的值时,进行了之类操作:

    1 )
    获取当前线程Thread目标,进而赢得此线程对象中保证的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断当前的ThreadLocalMap是不是留存:

  • 要是存在,则以当下的ThreadLocal
    key,调用ThreadLocalMap中的getEntry措施拿到相应的仓储实体
    e。找到呼应的存储实体 e,获取存储实体 e 对应的
    value值,即为我们想要的日前线程对应此ThreadLocal的值,重回结果值。

  • 假诺不设有,则印证此线程没有爱惜的ThreadLocalMap对象,调用setInitialValue主意举行初步化。重返setInitialValue初叶化的值。

  • setInitialValue格局的操作如下:

    1 ) 调用initialValue取得初步化的值。

    2 )
    获取当前线程Thread对象,进而赢得此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象。

    3 ) 判断当前的ThreadLocalMap是还是不是存在:

  • 如果存在,则调用map.set设置此实体entry

  • 倘使不设有,则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初步化,并将此实体entry作为第2个值存放至ThreadLocalMap中。

PS:关于ThreadLocalMap相应的相干操作,放在下1个标题详细表明。

示范代码:

    /**
     * 返回当前线程对应的ThreadLocal的初始值
     * 此方法的第一次调用发生在,当线程通过{@link #get}方法访问此线程的ThreadLocal值时
     * 除非线程先调用了 {@link #set}方法,在这种情况下,
     * {@code initialValue} 才不会被这个线程调用。
     * 通常情况下,每个线程最多调用一次这个方法,
     * 但也可能再次调用,发生在调用{@link #remove}方法后,
     * 紧接着调用{@link #get}方法。
     *
     * <p>这个方法仅仅简单的返回null {@code null};
     * 如果程序员想ThreadLocal线程局部变量有一个除null以外的初始值,
     * 必须通过子类继承{@code ThreadLocal} 的方式去重写此方法
     * 通常, 可以通过匿名内部类的方式实现
     *
     * @return 当前ThreadLocal的初始值
     */
    protected T initialValue() {
        return null;
    }

    /**
     * 创建一个ThreadLocal
     * @see #withInitial(java.util.function.Supplier)
     */
    public ThreadLocal() {
    }

    /**
     * 返回当前线程中保存ThreadLocal的值
     * 如果当前线程没有此ThreadLocal变量,
     * 则它会通过调用{@link #initialValue} 方法进行初始化值
     *
     * @return 返回当前线程对应此ThreadLocal的值
     */
    public T get() {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null) {
            // 以当前的ThreadLocal 为 key,调用getEntry获取对应的存储实体e
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            // 找到对应的存储实体 e 
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                // 获取存储实体 e 对应的 value值
                // 即为我们想要的当前线程对应此ThreadLocal的值
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        // 如果map不存在,则证明此线程没有维护的ThreadLocalMap对象
        // 调用setInitialValue进行初始化
        return setInitialValue();
    }

    /**
     * set的变样实现,用于初始化值initialValue,
     * 用于代替防止用户重写set()方法
     *
     * @return the initial value 初始化后的值
     */
    private T setInitialValue() {
        // 调用initialValue获取初始化的值
        T value = initialValue();
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1)当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2)则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3)并将此实体entry作为第一个值存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
        // 返回设置的值value
        return value;
    }

    /**
     * 获取当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
     * 
     * @param  t the current thread 当前线程
     * @return the map 对应维护的ThreadLocalMap 
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
  • 调用set(T value)操作设置ThreadLocal中对相应前线程要存储的值时,进行了如下操作:

    1 )
    获取当前线程Thread对象,进而赢得此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断当前的ThreadLocalMap是否存在:

  • 要是存在,则调用map.set设置此实体entry

  • 万一不设有,则调用createMap进行ThreadLocalMap目的的初步化,并将此实体entry作为第①个值存放至ThreadLocalMap中。

示范代码:

    /**
     * 设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     * 大多数子类都不需要重写此方法,
     * 只需要重写 {@link #initialValue}方法代替设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     *
     * @param value 将要保存在当前线程对应的ThreadLocal的值
     *  
     */
    public void set(T value) {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1)当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2)则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3)并将此实体entry作为第一个值存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
    }

    /**
     * 为当前线程Thread 创建对应维护的ThreadLocalMap. 
     *
     * @param t the current thread 当前线程
     * @param firstValue 第一个要存放的ThreadLocal变量值
     */
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
  • 调用remove()操作删除ThreadLocal中对应该前线程已囤积的值时,举办了如下操作:

    1 )
    获取当前线程Thread目的,进而赢得此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断当前的ThreadLocalMap是或不是留存,
    如果存在,则调用map.remove,以当前ThreadLocalkey删去相应的实体entry

  • 示范代码:

    /**
     * 删除当前线程中保存的ThreadLocal对应的实体entry
     * 如果此ThreadLocal变量在当前线程中调用 {@linkplain #get read}方法
     * 则会通过调用{@link #initialValue}进行再次初始化,
     * 除非此值value是通过当前线程内置调用 {@linkplain #set set}设置的
     * 这可能会导致在当前线程中多次调用{@code initialValue}方法
     *
     * @since 1.5
     */
     public void remove() {
        // 获取当前线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
        // 如果此map存在
         if (m != null)
            // 存在则调用map.remove
            // 以当前ThreadLocal为key删除对应的实体entry
             m.remove(this);
     }

4.

问:对ThreadLocal的常用操作实际是对线程Thread中的ThreadLocalMap拓展操作,大旨是ThreadLocalMap本条哈希表,你能研商ThreadLocalMap的其中底层完毕啊?

答:

  • ThreadLocalMap的最底层完成是多个定制的自定义HashMap哈希表,大旨组成成分有:

    1 ) Entry[] table;:底层哈希表 table,
    须求时索要展开扩容,底层哈希表 table.length 长度必须是2的n次方。

    2 ) int size;:实际存储键值对成分个数 entries

    3 ) int threshold;:下两次扩容时的阈值,阈值 threshold =
    底层哈希表table的长短
    len * 2 / 3。当size >= threshold时,遍历table并删除keynull的要素,若是去除后size >= threshold*3/4时,需要对table拓展扩容(详情请查看set(ThreadLocal<?> key, Object value)艺术求证)。

  • 其中Entry[] table;哈希表存储的宗旨因素是EntryEntry包含:

    1 ) ThreadLocal<?> k;:当前储存的ThreadLocal实例对象

    2 ) Object value;:当前 ThreadLocal 对应储存的值value

  • 亟待小心的是,此EntryJava,继续了弱引用
    WeakReference,所以在应用ThreadLocalMap时,发现key == null,则代表此key ThreadLocal不在被引用,需要将其从ThreadLocalMap哈希表中移除。(弱引用相关难题解释请查看
    问答 5)

演示代码:

    /**
     * ThreadLocalMap 是一个定制的自定义 hashMap 哈希表,只适合用于维护
     * 线程对应ThreadLocal的值. 此类的方法没有在ThreadLocal 类外部暴露,
     * 此类是私有的,允许在 Thread 类中以字段的形式声明 ,     
     * 以助于处理存储量大,生命周期长的使用用途,
     * 此类定制的哈希表实体键值对使用弱引用WeakReferences 作为key, 
     * 但是, 一旦引用不在被使用,
     * 只有当哈希表中的空间被耗尽时,对应不再使用的键值对实体才会确保被 移除回收。
     */
    static class ThreadLocalMap {

        /**
         * 实体entries在此hash map中是继承弱引用 WeakReference, 
         * 使用ThreadLocal 作为 key 键.  请注意,当key为null(i.e. entry.get()
         * == null) 意味着此key不再被引用,此时实体entry 会从哈希表中删除。
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** 当前 ThreadLocal 对应储存的值value. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

        /**
         * 初始容量大小 16 -- 必须是2的n次方.
         */
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        /**
         * 底层哈希表 table, 必要时需要进行扩容.
         * 底层哈希表 table.length 长度必须是2的n次方.
         */
        private Entry[] table;

        /**
         * 实际存储键值对元素个数 entries.
         */
        private int size = 0;

        /**
         * 下一次扩容时的阈值
         */
        private int threshold; // 默认为 0

        /**
         * 设置触发扩容时的阈值 threshold
         * 阈值 threshold = 底层哈希表table的长度 len * 2 / 3
         */
        private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
        }

        /**
         * 获取该位置i对应的下一个位置index
         */
        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }

        /**
         * 获取该位置i对应的上一个位置index
         */
        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
        }

    }
  • ThreadLocalMap的构造方法是延迟加载的,也等于说,唯有当线程要求仓储对应的ThreadLocal的值时,才伊始化创设一遍(仅初阶化一回)。开首化步骤如下:

    1) 起首化底层数组table的始发体积为 16。

    2)
    获取ThreadLocal中的threadLocalHashCode,通过threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1),即ThreadLocal
    的 hash 值 threadLocalHashCode % 哈希表的长短 length
    的方法总结该实体的储存地点。

    3) 存储当前的实业,key 为 : 当前ThreadLocal value:真正要存储的值

    4)设置当前实际上存储成分个数 size 为 1

    5)设置阈值setThreshold(INITIAL_CAPACITY),为开端化容积 16 的
    2/3。

演示代码:

        /**
         * 用于创建一个新的hash map包含 (firstKey, firstValue).
         * ThreadLocalMaps 构造方法是延迟加载的,所以我们只会在至少有一个
         * 实体entry存放时,才初始化创建一次(仅初始化一次)。
         */
        ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            // 初始化 table 初始容量为 16
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            // 计算当前entry的存储位置
            // 存储位置计算等价于:
            // ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode  % 哈希表的长度 length
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            // 存储当前的实体,key 为 : 当前ThreadLocal  value:真正要存储的值
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            // 设置当前实际存储元素个数 size 为 1
            size = 1;
            // 设置阈值,为初始化容量 16 的 2/3。
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }
  • ThreadLocalget()操作实际是调用ThreadLocalMapgetEntry(ThreadLocal<?> key)主意,此办法飞快适用于获取某一留存key的实体
    entry,否则,应该调用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)办法拿到,那样做是为着最大范围地进步直接命中的品质,该格局开展了之类操作:

    1 )
    总计要取得的entry的仓储地点,存储地点统计等价于:ThreadLocal
    hashthreadLocalHashCode % 哈希表的尺寸 length

    2 ) 依据总计的积存地点,获取到对应的实业
    Entry。判断相应实体Entry是或不是存在 并且 key是还是不是等于:

  • 留存对应实体Entry与此同时对应key相等,即同一ThreadLocal,重回对应的实体Entry

  • 不设有对应实体Entry 或者
    key不等于,则经过调用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)主意继续寻找。

  • getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)艺术操作如下:

    1 )
    获取底层哈希表数组table,循环遍历对应要物色的实体Entry所涉嫌的岗位。

    2 ) 获取当前遍历的entry
    key ThreadLocal,比较key是不是同样,一致则赶回。

    3 ) 如果key不一致 并且 key
    null,则表明引用已经不存在,那是因为Entry三番五次的是WeakReference,那是弱引用带来的坑。调用expungeStaleEntry(int staleSlot)措施删除过期的实体Entry(此格局不单独解释,请查看示例代码,有详尽注化痰明)。

    4 ) key不一致 ,key也不为空,则遍历下1个职分,继续搜寻。

    5 ) 遍历完结,还是找不到则赶回null

演示代码:

        /**
         * 根据key 获取对应的实体 entry.  此方法快速适用于获取某一存在key的
         * 实体 entry,否则,应该调用getEntryAfterMiss方法获取,这样做是为
         * 了最大限制地提高直接命中的性能
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @return the entry 对应key的 实体entry, 如果不存在,则返回null
         */
        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            // 计算要获取的entry的存储位置
            // 存储位置计算等价于:
            // ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode  % 哈希表
            的长度 length
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
            // 获取到对应的实体 Entry 
            Entry e = table[i];
            // 存在对应实体并且对应key相等,即同一ThreadLocal
            if (e != null && e.get() == key)
                // 返回对应的实体Entry 
                return e;
            else
                // 不存在 或 key不一致,则通过调用getEntryAfterMiss继续查找
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);
        }

        /**
         * 当根据key找不到对应的实体entry 时,调用此方法。
         * 直接定位到对应的哈希表位置
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @param  i 此对象在哈希表 table中的存储位置 index
         * @param  e the entry 实体对象
         * @return the entry 对应key的 实体entry, 如果不存在,则返回null
         */
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            // 循环遍历当前位置的所有实体entry
            while (e != null) {
                // 获取当前entry 的 key ThreadLocal
                ThreadLocal<?> k = e.get();
               // 比较key是否一致,一致则返回
                if (k == key)
                    return e;
                // 找到对应的entry ,但其key 为 null,则证明引用已经不存在
                // 这是因为Entry继承的是WeakReference,这是弱引用带来的坑
                if (k == null)
                    // 删除过期(stale)的entry
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    // key不一致 ,key也不为空,则遍历下一个位置,继续查找
                    i = nextIndex(i, len);
                // 获取下一个位置的实体 entry
                e = tab[i];
            }
            // 遍历完毕,找不到则返回null
            return null;
        }


        /**
         * 删除对应位置的过期实体,并删除此位置后对应相关联位置key = null的实体
         *
         * @param staleSlot 已知的key = null 的对应的位置索引
         * @return 对应过期实体位置索引的下一个key = null的位置
         * (所有的对应位置都会被检查)
         */
        private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;

            // 擦除这个位置上的脏数据
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = null;
            size--;

            // 直到我们找到 Entry e = null,才执行rehash操作
            // 就是遍历完该位置的所有关联位置的实体
            Entry e;
            int i;
            // 查找该位置对应所有关联位置的过期实体,进行擦除操作
            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;

                        // 我们必须一直遍历直到最后
                        // 因为还可能存在多个过期的实体
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    }
                }
            }
            return i;
        }

        /**
         * 删除所有过期的实体
         */
        private void expungeStaleEntries() {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            for (int j = 0; j < len; j++) {
                Entry e = tab[j];
                if (e != null && e.get() == null)
                    expungeStaleEntry(j);
            }
        }
  • ThreadLocalset(T value)操作实际是调用ThreadLocalMapset(ThreadLocal<?> key, Object value)格局,该方式开展了之类操作:

    1 ) 获取相应的最底层哈希表table,计算对应threalocal的存储地方。

    2 ) 循环遍历table对应当地方的实体,查找对应的threadLocal

    3 )
    获取当前岗位的threadLocal,如果key threadLocal同一,则讲明找到呼应的threadLocal,将新值赋值给找到的当前实体Entryvalue中,结束。

    4 )
    若是当前职责的key threadLocal不一致,并且key threadLocalnull,则调用replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,int staleSlot)办法(此格局不独立解释,请查看示例代码,有详实注除热达),替换该地方key == null
    的实业为当下要设置的实业,停止。

    5 )
    假若当前岗位的key threadLocal不一致,并且key threadLocal不为null,则创制新的实体,并存放至近期岗位
    i
    tab[i] = new Entry(key, value);,实际存储键值对成分个数size + 1,由于弱引用带来了这一个题材,所以要调用cleanSomeSlots(int i, int n)方式清除无用数据(此方法不单独解释,请查看示例代码,有详尽注除热明),才能判定以往的size有没有高达阀值threshhold,要是没有要免除的数码,存储成分个数仍旧大于 阈值
    则调用rehash格局开展扩容(此格局不单独解释,请查看示例代码,有详尽注宁心达)。

演示代码:

        /**
         * 设置对应ThreadLocal的值
         *
         * @param key 当前thread local 对象
         * @param value 要设置的值
         */
        private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            // 我们不会像get()方法那样使用快速设置的方式,
            // 因为通常很少使用set()方法去创建新的实体
            // 相对于替换一个已经存在的实体, 在这种情况下,
            // 快速设置方案会经常失败。

            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            // 计算对应threalocal的存储位置
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            // 循环遍历table对应该位置的实体,查找对应的threadLocal
            for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                // 获取当前位置的ThreadLocal
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                // 如果key threadLocal一致,则证明找到对应的threadLocal
                if (k == key) {
                    // 赋予新值
                    e.value = value;
                    // 结束
                    return;
                }
                // 如果当前位置的key threadLocal为null
                if (k == null) {
                    // 替换该位置key == null 的实体为当前要设置的实体
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    // 结束
                    return;
                }
            }
            // 当前位置的k != key  && k != null
            // 创建新的实体,并存放至当前位置i
            tab[i] = new Entry(key, value);
            // 实际存储键值对元素个数 + 1
            int sz = ++size;
            // 由于弱引用带来了这个问题,所以先要清除无用数据,才能判断现在的size有没有达到阀值threshhold
            // 如果没有要清除的数据,存储元素个数仍然 大于 阈值 则扩容
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                // 扩容
                rehash();
        }

        /**
         * 当执行set操作时,获取对应的key threadLocal,并替换过期的实体
         * 将这个value值存储在对应key threadLocal的实体中,无论是否已经存在体
         * 对应的key threadLocal
         *
         * 有一个副作用, 此方法会删除该位置下和该位置nextIndex对应的所有过期的实体
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @param  value 当前thread local 对象对应存储的值
         * @param  staleSlot 第一次找到此过期的实体对应的位置索引index
         *         .
         */
        private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,
                                       int staleSlot) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            Entry e;

            // 往前找,找到table中第一个过期的实体的下标
            // 清理整个table是为了避免因为垃圾回收带来的连续增长哈希的危险
            // 也就是说,哈希表没有清理干净,当GC到来的时候,后果很严重

            // 记录要清除的位置的起始首位置
            int slotToExpunge = staleSlot;
            // 从该位置开始,往前遍历查找第一个过期的实体的下标
            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = prevIndex(i, len))
                if (e.get() == null)
                    slotToExpunge = i;

            // 找到key一致的ThreadLocal或找到一个key为 null的
            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                // 如果我们找到了key,那么我们就需要把它跟新的过期数据交换来保持哈希表的顺序
                // 那么剩下的过期Entry呢,就可以交给expungeStaleEntry方法来擦除掉
                // 将新设置的实体放置在此过期的实体的位置上
                if (k == key) {
                    // 替换,将要设置的值放在此过期的实体中
                    e.value = value;
                    tab[i] = tab[staleSlot];
                    tab[staleSlot] = e;

                    // 如果存在,则开始清除之前过期的实体
                    if (slotToExpunge == staleSlot)
                        slotToExpunge = i;
                    // 在这里开始清除过期数据
                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
                    return;
                }

                // / 如果我们没有在往后查找中找没有找到过期的实体,
                // 那么slotToExpunge就是第一个过期Entry的下标了
                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
                    slotToExpunge = i;
            }

            // 最后key仍没有找到,则将要设置的新实体放置
            // 在原过期的实体对应的位置上。
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

            // 如果该位置对应的其他关联位置存在过期实体,则清除
            if (slotToExpunge != staleSlot)
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
        }


        /**
         * 启发式的扫描查找一些过期的实体并清除,
         * 此方法会再添加新实体的时候被调用, 
         * 或者过期的元素被清除时也会被调用.
         * 如果实在没有过期数据,那么这个算法的时间复杂度就是O(log n)
         * 如果有过期数据,那么这个算法的时间复杂度就是O(n)
         * 
         * @param i 一个确定不是过期的实体的位置,从这个位置i开始扫描
         *
         * @param n 扫描控制: 有{@code log2(n)} 单元会被扫描,
         * 除非找到了过期的实体, 在这种情况下
         * 有{@code log2(table.length)-1} 的格外单元会被扫描.
         * 当调用插入时, 这个参数的值是存储实体的个数,
         * 但如果调用 replaceStaleEntry方法, 这个值是哈希表table的长度
         * (注意: 所有的这些都可能或多或少的影响n的权重
         * 但是这个版本简单,快速,而且似乎执行效率还可以)
         *
         * @return true 返回true,如果有任何过期的实体被删除。
         */
        private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
            boolean removed = false;
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            do {
                i = nextIndex(i, len);
                Entry e = tab[i];
                if (e != null && e.get() == null) {
                    n = len;
                    removed = true;
                    i = expungeStaleEntry(i);
                }
            } while ( (n >>>= 1) != 0);
            return removed;
        }


        /**
         * 哈希表扩容方法
         * 首先扫描整个哈希表table,删除过期的实体
         * 缩小哈希表table大小 或 扩大哈希表table大小,扩大的容量是加倍.
         */
        private void rehash() {
            // 删除所有过期的实体
            expungeStaleEntries();

            // 使用较低的阈值threshold加倍以避免滞后
            // 存储实体个数 大于等于 阈值的3/4则扩容
            if (size >= threshold - threshold / 4)
                resize();
        }

        /**
         * 扩容方法,以2倍的大小进行扩容
         * 扩容的思想跟HashMap很相似,都是把容量扩大两倍
         * 不同之处还是因为WeakReference带来的
         */
        private void resize() {
            // 记录旧的哈希表
            Entry[] oldTab = table;
            // 记录旧的哈希表长度
            int oldLen = oldTab.length;
            // 新的哈希表长度为旧的哈希表长度的2倍
            int newLen = oldLen * 2;
            // 创建新的哈希表
            Entry[] newTab = new Entry[newLen];
            int count = 0;
            // 逐一遍历旧的哈希表table的每个实体,重新分配至新的哈希表中
            for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
                // 获取对应位置的实体
                Entry e = oldTab[j];
                // 如果实体不会null
                if (e != null) {
                    // 获取实体对应的ThreadLocal
                    ThreadLocal<?> k = e.get(); 
                    // 如果该ThreadLocal 为 null
                    if (k == null) {
                        // 则对应的值也要清除
                        // 就算是扩容,也不能忘了为擦除过期数据做准备
                        e.value = null; // Help the GC
                    } else {
                        // 如果不是过期实体,则根据新的长度重新计算存储位置
                        int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                       // 将该实体存储在对应ThreadLocal的最后一个位置
                        while (newTab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, newLen);
                        newTab[h] = e;
                        count++;
                    }
                }
            }
            // 重新分配位置完毕,则重新计算阈值Threshold
            setThreshold(newLen);
            // 记录实际存储元素个数
            size = count;
            // 将新的哈希表赋值至底层table
            table = newTab;
        }
  • ThreadLocalremove()操作实际是调用ThreadLocalMapremove(ThreadLocal<?> key)方法,该措施举办了如下操作:

    1 ) 获取相应的底层哈希表 table,总计对应threalocal的仓储地方。

    2 ) 循环遍历table对相应地点的实业,查找对应的threadLocal

    3 )
    获取当前任务的threadLocal,如果key threadLocal同一,则表达找到相应的threadLocal,执行删除操作,删除此岗位的实体,为止。

示范代码:

        /**
         * 移除对应ThreadLocal的实体
         */
        private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            // 计算对应threalocal的存储位置
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            // 循环遍历table对应该位置的实体,查找对应的threadLocal
            for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                // 如果key threadLocal一致,则证明找到对应的threadLocal
                if (e.get() == key) {
                    // 执行清除操作
                    e.clear();
                    // 清除此位置的实体
                    expungeStaleEntry(i);
                    // 结束
                    return;
                }
            }
        }

5.

问:ThreadLocalMap中的存储实体Entry使用ThreadLocal作为key,但这个Entry是继承弱引用WeakReference的,为啥要如此设计,使用了弱引用WeakReference会造成内存泄露难点吗?

答:

  • 第三,回答这么些难题以前,我急需解释一下什么是强引用,什么是弱引用。

我们在健康情形下,普遍采取的是强引用:

A a = new A();

B b = new B();

a = null;b = null;时,一段时间后,JAVA垃圾回收机制GC会将 a 和 b
对应所分配的内存空间给回收。

但考虑这么一种状态:

C c = new C(b);
b = null;

当 b 被设置成null时,那么是不是代表这一段时间后GC工作可以回收 b
所分配的内存空间呢?答案是还是不是定的,因为尽管 b 被设置成null,但 c
如故保有对 b 的引用,而且还是强引用,所以GC不会回收 b
原先所分配的空中,既不大概回收,又无法利用,那就造成了 内存败露。

那就是说怎样处理吧?

可以由此c = null;,也得以运用弱引用WeakReference w = new WeakReference(b);。因为使用了弱引用WeakReference,GC是可以回收
b 原先所分配的上空的。

上述解释根本参考自:对ThreadLocal完结原理的一点思索

  • 回到ThreadLocal的框框上,ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key,假如一个ThreadLocal尚无外部强引用来引用它,那么系统
    GC
    的时候,这一个ThreadLocal势必会被回收,那样一来,ThreadLocalMap中就会现出keynullEntry,就从不章程访问那个keynullEntryvalue,假如当前线程再缓缓不了事以来,那么些keynullEntryvalue就会一向留存一条强引用链:Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value
    永远不或许回收,造成内存泄漏。

其实,ThreadLocalMap的宏图中一度考虑到那种情景,也丰硕了部分幸免章程:在ThreadLocalget(),set(),remove()的时候都会化解线程ThreadLocalMap里所有keynullvalue

不过这么些被动的预防措施并不可以担保不会内存泄漏:

  • 使用staticThreadLocal,延长了ThreadLocal的生命周期,可能造成的内存泄漏(参考ThreadLocal
    内存走漏的实例分析
    )。

  • 分红使用了ThreadLocal又不再调用get(),set(),remove()措施,那么就会造成内存泄漏。

从外表上看内存泄漏的发源在于采纳了弱引用。网上的篇章大都重视分析ThreadLocal利用了弱引用会促成内存泄漏,不过另一个难点也一样值得思考:为何使用弱引用而不是强引用?

咱俩先来看看官方文档的布道:

To help deal with very large and long-lived usages, 
the hash table entries use WeakReferences for keys.

为了应对格外大和长日子的用途,哈希表使用弱引用的 key

上边我们分二种状态研商:

  • key
    使用强引用:引用的ThreadLocal的靶子被回收了,可是ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用,若是没有手动删除,ThreadLocal不会被回收,导致Entry内存泄漏。

  • key
    使用弱引用:引用的ThreadLocal的靶子被回收了,由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用,即使没有手动删除,ThreadLocal也会被回收。value在下四遍ThreadLocalMap调用get(),set(),remove()的时候会被排除。

  • 相比较三种情状,大家得以窥见:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread平等长,倘诺都没有手动删除相应key,都会造成内存泄漏,不过利用弱引用能够多一层保险:弱引用ThreadLocal不会内存泄漏,对应的value在下四回ThreadLocalMap调用get(),set(),remove()的时候会被清除。

因此,ThreadLocal内存泄漏的起点是:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread同一长,如若没有手动删除相应key就会招致内存泄漏,而不是因为弱引用。

综述下边的分析,大家得以知晓ThreadLocal内存泄漏的来因去果,那么怎么防止内存泄漏呢?

每趟使用完ThreadLocal,都调用它的remove()措施,清除数据。

在使用线程池的动静下,没有立刻清理ThreadLocal,不仅是内存泄漏的题材,更严重的是或者引致业务逻辑出现难题。所以,使用ThreadLocal就跟加锁完要解锁一样,用完就清理。

上述解释根本参考自:深切剖析 ThreadLocal
内存泄漏难点

6.

问:ThreadLocalsynchronized的区别?

答:ThreadLocalsynchronized着重字都用于拍卖八线程并发访问变量的难题,只是二者处理难点的角度和思路不相同。

  1. ThreadLocal是三个Java类,通过对脚下线程中的局部变量的操作来缓解不同线程的变量访问的龃龉难点。所以,ThreadLocal提供了线程安全的共享对象机制,各个线程都存有其副本。

  2. Java中的synchronized是三个保留字,它依靠JVM的锁机制来落实临界区的函数大概变量的走访中的原子性。在一块儿机制中,通过对象的锁机制有限帮衬同权且间唯有八个线程访问变量。此时,被当作“锁机制”的变量时三个线程共享的。

  • 手拉手机制(synchronized珍贵字)采纳了以“时间换空间”的方法,提供一份变量,让不一样的线程排队访问。而ThreadLocal行使了“以空间换时间”的法门,为每三个线程都提供一份变量的副本,从而完成同时做客而互不影响。

7.

问:ThreadLocal在当今有如何应用场景?

答:总的来说ThreadLocal重中之重是缓解2体系型的题材:

  • 化解出现难点:使用ThreadLocal代替synchronized来保管线程安全。同步机制选用了“以时间换空间”的方法,而ThreadLocal拔取了“以空间换时间”的法门。前者仅提供一份变量,让区其余线程排队访问,而后人为每3个线程都提供了一份变量,由此得以同时做客而互不影响。

  • 缓解数据存储难题:ThreadLocal为变量在每一种线程中都创造了一个副本,所以各种线程可以访问自个儿内部的副本变量,不一致线程之间不会相互苦恼。如1个Parameter对象的数码需要在八个模块中动用,若是采取参数传递的格局,分明会增多模块之间的耦合性。此时大家可以利用ThreadLocal解决。

动用场景:

Spring使用ThreadLocal斩草除根线程安全问题

  • 大家精通在一般景色下,唯有无状态的Bean才足以在八线程环境下共享,在Spring中,绝一大半Bean都得以表明为singleton成效域。就是因为Spring对一些Bean(如RequestContextHolderTransactionSynchronizationManagerLocaleContextHolder等)中非线程安全状态接纳ThreadLocal拓展处理,让它们也改成线程安全的意况,因为有气象的Bean就足以在多线程中共享了。

  • 一般的Web采纳细分为表现层、服务层和持久层七个层次,在区其余层中编辑对应的逻辑,下层通过接口向上层开放意义调用。在一般景色下,从收受请求到重返响应所经过的装有程序调用都同属于2个线程ThreadLocal是缓解线程安全难题二个很好的思绪,它经过为各种线程提供一个单身的变量副本化解了变量并发访问的争辩难点。在无数情形下,ThreadLocal比一向行使synchronized手拉手机制化解线程安全题材更简明,更有益于,且结果程序有所更高的并发性。

以身作则代码:

public abstract class RequestContextHolder  {
····

    private static final boolean jsfPresent =
            ClassUtils.isPresent("javax.faces.context.FacesContext", RequestContextHolder.class.getClassLoader());

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> requestAttributesHolder =
            new NamedThreadLocal<RequestAttributes>("Request attributes");

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> inheritableRequestAttributesHolder =
            new NamedInheritableThreadLocal<RequestAttributes>("Request context");

·····
}

总结

  1. ThreadLocal提供线程内部的部分变量,在本线程内随时遍地可取,隔离其余线程。

  2. ThreadLocal的宏图是:各种Thread保险一个ThreadLocalMap哈希表,这么些哈希表的keyThreadLocal实例本人,value才是实在要存储的值Object

  3. ThreadLocal的常用操作实际是对线程Thread中的ThreadLocalMap展开操作。

  4. ThreadLocalMap的底层落成是一个定制的自定义HashMap哈希表,ThreadLocalMap的阈值threshold
    = 底层哈希表table的长度 len * 2 / 3,当实际存储成分个数size
    大于或等于 阈值threshold3/4
    size >= threshold*3/4,则对底层哈希表数组table拓展扩容操作。

  5. ThreadLocalMap中的哈希表Entry[] table积存的着力要素是Entry,存储的keyThreadLocal实例对象,valueThreadLocal
    对应储存的值value。必要小心的是,此Entry此起彼伏了弱引用
    WeakReference,所以在动用ThreadLocalMap时,发现key == null,则象征此key ThreadLocal不在被引述,须要将其从ThreadLocalMap哈希表中移除。

  6. ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key,即使3个ThreadLocal从未外部强引用来引用它,那么系统
    GC
    的时候,那一个ThreadLocal势必会被回收。所以,在ThreadLocalget(),set(),remove()的时候都会去掉线程ThreadLocalMap里所有keynullvalue。假设大家不积极调用上述操作,则会招致内存败露。

  7. 为了安全地采纳ThreadLocal,必需要像每一次使用完锁就解锁一样,在历次使用完ThreadLocal后都要调用remove()来清理无用的Entry。那在操作在行使线程池时尤为关键。

  8. ThreadLocalsynchronized的界别:同步机制(synchronized重点字)采取了以“时间换空间”的不二法门,提供一份变量,让不同的线程排队访问。而ThreadLocal使用了“以空间换时间”的主意,为每3个线程都提供一份变量的副本,从而达成同时做客而互不影响。

  9. ThreadLocal要害是缓解2种档次的题材:A.
    化解现身难题:使用ThreadLocal取而代之同步机制解决出现难题。B.
    消除多少存储难题:如七个Parameter对象的数量要求在多少个模块中应用,如果运用参数传递的形式,分明会大增模块之间的耦合性。此时大家可以运用ThreadLocal解决。

参考小说

深刻浅出ThreadLocal
ThreadLocal和synchronized的区别?
深远剖析ThreadLocal
ThreadLocal内部机制
聊一聊Spring中的线程安全性
对ThreadLocal完毕原理的某个思索
深切解析 ThreadLocal
内存泄漏难题

学习Spring必学的Java基础知识(6)—-ThreadLocal
ThreadLocal设计形式
ThreadLocal案例剖析
Spring单例形式与线程安全ThreadLocal

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