併發編程（四）：ThreadLocal從源碼分析總結到內存泄漏

時間 2019-12-12

標籤併發編程 threadlocal 源碼分析總結內存泄漏欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

1、目錄

一、ThreadLocal是什麼？有什麼用？

二、ThreadLocal源碼簡要總結？

三、ThreadLocal爲何會致使內存泄漏？

2、ThreadLocal是什麼？有什麼用？

引入話題：在併發條件下，如何正確得到共享數據？舉例：假設有多個用戶須要獲取用戶信息，一個線程對應一個用戶。在mybatis中，session用於操做數據庫，那麼設置、獲取操做分別是session.set()、session.get()，如何保證每一個線程都能正確操做達到想要的結果？

/**
 * 回顧synchronized在多線程共享線程的問題
 * @author qiuyongAaron
 */
public class ThreadLocalOne {
     volatile Person person=new Person();
 
     public  synchronized String setAndGet(String name){
          //System.out.print(Thread.currentThread().getName()+":");
           person.name=name;
           //模擬網絡延遲
           try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
           }
           return person.name;
     }
 
     public static void main(String[] args) {
           ThreadLocalOne  threadLocal=new ThreadLocalOne();
           new Thread(()->System.out.println(threadLocal.setAndGet("arron")),"t1").start();
           new Thread(()->System.out.println(threadLocal.setAndGet("tony")),"t2").start();
     }
}
 
class Person{
     String name="tom";
     public Person(String name) {
           this.name=name;
     }
 
     public Person(){}
}
 
運行結果：
無synchronized：
t1:tony
t2:tony
 
有synchronized：
t1:arron
t2:tony

步驟分析：

無synchronized的時候，由於非原子操做，顯然不是預想結果，可參考我關於synchronized的討論。
如今，咱們的需求是：每一個線程獨立的設置獲取person信息，不被線程打擾。
由於，person是共享數據，用同步互斥鎖synchronized，當一個線程訪問共享數據的時候，其餘線程堵塞，再也不多餘贅述。

經過舉例問題，可能你們又會很疑惑？

mybatis、hibernate是如何實現的呢？

synchronized不會很消耗資源，當成千上萬個操做的時候，承受併發不說，數據返回延遲如何確保用戶體驗？

ThreadLocal是什麼？有什麼用？

/**
 * 談談ThreadLocal的做用
 * @author qiuyongAaron
 */
public class ThreadLocalThree {
     ThreadLocal<Person> threadLocal=new ThreadLocal<Person>();
     public String setAndGet(String name){
           threadLocal.set(new Person(name));
           try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
           }
           return threadLocal.get().name;
     }
 
     public static void main(String[] args) {
           ThreadLocalThree  threadLocal=new ThreadLocalThree();
           new Thread(()->System.out.println("t1:"+threadLocal.setAndGet("arron")),"t1").start();
           new Thread(()->System.out.println("t2:"+threadLocal.setAndGet("tony")),"t2").start();
     }
}
運行結果：
t1:arron
t2:tony

分析：

一、根據預期結果，那ThreadLocal究竟是什麼？

回顧Java內存模型：

在虛擬機中，堆內存用於存儲共享數據（實例對象），堆內存也就是這裏說的主內存。

每一個線程將會在堆內存中開闢一塊空間叫作線程的工做內存，附帶一塊緩存區用於存儲共享數據副本。那麼，共享數據在堆內存當中，線程通訊就是經過主內存爲中介，線程在本地內存讀而且操做完共享變量操做完畢之後，把值寫入主內存。

ThreadLocal被稱爲線程局部變量，說白了，他就是線程工做內存的一小塊內存，用於存儲數據。
那麼，ThreadLocal.set()、ThreadLocal.get()方法，就至關於把數據存儲於線程本地，取也是在本地內存讀取。就不會像synchronized須要頻繁的修改主內存的數據，再把數據複製到工做內存，也大大提升訪問效率。

二、ThreadLocal到底有什麼用？

回到最開始的舉例，也就等價於mabatis、hibernate爲何要使用threadlocal來存儲session？
做用一：由於線程間的數據交互是經過工做內存與主存的頻繁讀寫完成通訊，然而存儲於線程本地內存，提升訪問效率，避免線程阻塞形成cpu吞吐率降低。
做用二：在多線程中，每個線程都須要維護session，輕易完成對線程獨享資源的操做。

總結：

Threadlocal是什麼？在堆內存中，每一個線程對應一塊工做內存，threadlocal就是工做內存的一小塊內存。

Threadlocal有什麼用？threadlocal用於存取線程獨享數據，提升訪問效率。

3、ThreadLocal源碼簡要總結？

那有同窗可能仍是有點雲裏霧裏，感受仍是沒有吃透？那線程內部如何去保證線程獨享數據呢？

在這裏，我只作簡要總結，如有興趣，可參考文章尾部的文章連接。重點看get、set方法。

 public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
 }

分析：

一個線程對應一個ThreadLocalMap ，能夠存儲多個ThreadLocal對象。
ThreadLocal對象做爲key、獨享數據做爲value。
ThreadLocalMap可參考HashMap，在ThreadMap裏面存在Entry數組也就是一個Entry一個鍵值對。

public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        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;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

分析：

一個線程對應一個ThreadLocalMap，get()就是當前線程獲取本身的ThreadLocalMap。
線程根據使用那一小塊的threadlocal，根據ThreadLocal對象做爲key，去獲取存儲於ThreadLocalMap中的值。

總結：

回顧一下，咱們在單線程中如何使用HashMap的？hashMap根據數組+鏈表來實現HashMap，一個key對應一個value。那麼，咱們抽象一下，Threadlocal也至關於在多線程中的一種HashMap用法，至關於對ThradLocal的操做也就如單線程操做同樣。

總之，ThreadLocal就是堆內存的一塊小內存，它用ThreadLocalMap維護ThreadLocal對象做爲key，獨享數據做爲value的東西。

4、ThreadLocal爲何會致使內存泄漏？

synchronized是用時間換空間、ThreadLocal是用空間換時間，爲何這麼說？

由於synchronized操做數據，只須要在主存存一個變量便可，就阻塞等共享變量，而ThreadLocal是每一個線程都建立一塊小的堆工做內存。顯然，印證了上面的說法。

一個線程對應一塊工做內存，線程能夠存儲多個ThreadLocal。那麼假設，開啓1萬個線程，每一個線程建立1萬個ThreadLocal，也就是每一個線程維護1萬個ThreadLocal小內存空間，並且當線程執行結束之後，假設這些ThreadLocal裏的Entry還不會被回收，那麼將很容易致使堆內存溢出。

怎麼辦？難道JVM就沒有提供什麼解決方案嗎？

ThreadLocal固然有想到，因此他們把ThreadLocal裏的Entry設置爲弱引用，當垃圾回收的時候，回收ThreadLocal。

什麼是弱引用？

Key使用強引用：也就是上述說的狀況，引用的ThreadLocal的對象被回收了，ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key爲強引用並無被回收，若是不手動回收的話，ThreadLocal將不會回收那麼將致使內存泄漏。
Key使用弱引用：引用的ThreadLocal的對象被回收了，ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key爲弱引用，若是內存回收，那麼將ThreadLocalMap的Key將會被回收，ThreadLocal也將被回收。value在ThreadLocalMap調用get、set、remove的時候就會被清除。
比較兩種狀況，咱們能夠發現：因爲ThreadLocalMap的生命週期跟Thread同樣長，若是都沒有手動刪除對應key，都會致使內存泄漏，可是使用弱引用能夠多一層保障：弱引用ThreadLocal不會內存泄漏，對應的value在下一次ThreadLocalMap調用set,get,remove的時候會被清除。

那按你這麼說，既然JVM有保障了，還有什麼內存泄漏可言？

ThreadLocalMap使用ThreadLocal對象做爲弱引用，當垃圾回收的時候，ThreadLocalMap中Key將會被回收，也就是將Key設置爲null的Entry。若是線程遲遲沒法結束，也就是ThreadLocal對象將一直不會回收，回顧到上面存在不少線程+TheradLocal，那麼也將致使內存泄漏。

其實，在ThreadLocal中，當調用remove、get、set方法的時候，會清除爲null的弱引用，也就是回收ThreadLocal。

總結：

JVM利用設置ThreadLocalMap的Key爲弱引用，來避免內存泄露。
JVM利用調用remove、get、set方法的時候，回收弱引用。
當ThreadLocal存儲不少Key爲null的Entry的時候，而再也不去調用remove、get、set方法，那麼將致使內存泄漏。
當使用static ThreadLocal的時候，延長ThreadLocal的生命週期，那也可能致使內存泄漏。由於，static變量在類未加載的時候，它就已經加載，當線程結束的時候，static變量不必定會回收。那麼，比起普通成員變量使用的時候才加載，static的生命週期加長將更容易致使內存泄漏危機。http://www.importnew.com/22039.html