上海品牌网站设计,做网站优化多少钱,wordpress 分类采集,网络会议有哪些软件当多线程访问共享可变数据时#xff0c;涉及到线程间同步的问题#xff0c;并不是所有时候#xff0c;都要用到共享数据#xff0c;所以就需要线程封闭出场了。数据都被封闭在各自的线程之中#xff0c;就不需要同步#xff0c;这种通过将数据封闭在线程中而避免使用同步… 当多线程访问共享可变数据时涉及到线程间同步的问题并不是所有时候都要用到共享数据所以就需要线程封闭出场了。数据都被封闭在各自的线程之中就不需要同步这种通过将数据封闭在线程中而避免使用同步的技术称为线程封闭。本文主要介绍线程封闭中的其中一种体现ThreadLocal将会介绍什么是 ThreadLocal从 ThreadLocal 源码角度分析最后介绍 ThreadLocal 的应用场景。什么是 ThreadLocalThreadLocal 是 Java 里一种特殊变量它是一个线程级别变量每个线程都有一个 ThreadLocal 就是每个线程都拥有了自己独立的一个变量竞态条件被彻底消除了在并发模式下是绝对安全的变量。可以通过 ThreadLocalT value new ThreadLocalT(); 来使用。会自动在每一个线程上创建一个 T 的副本副本之间彼此独立互不影响可以用 ThreadLocal 存储一些参数以便在线程中多个方法中使用用以代替方法传参的做法。下面通过例子来了解下 ThreadLocalpublic class ThreadLocalDemo {/*** ThreadLocal变量每个线程都有一个副本互不干扰*/public static final ThreadLocalString THREAD_LOCAL new ThreadLocal();public static void main(String[] args) throws Exception {new ThreadLocalDemo().threadLocalTest();}public void threadLocalTest() throws Exception {// 主线程设置值THREAD_LOCAL.set(wupx);String v THREAD_LOCAL.get();System.out.println(Thread-0线程执行之前 Thread.currentThread().getName() 线程取到的值 v);new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {String v THREAD_LOCAL.get();System.out.println(Thread.currentThread().getName() 线程取到的值 v);// 设置 threadLocalTHREAD_LOCAL.set(huxy);v THREAD_LOCAL.get();System.out.println(重新设置之后 Thread.currentThread().getName() 线程取到的值为 v);System.out.println(Thread.currentThread().getName() 线程执行结束);}}).start();// 等待所有线程执行结束Thread.sleep(3000L);v THREAD_LOCAL.get();System.out.println(Thread-0线程执行之后 Thread.currentThread().getName() 线程取到的值 v);}
}
首先通过 static final 定义了一个 THREAD_LOCAL 变量其中 static 是为了确保全局只有一个保存 String 对象的 ThreadLocal 实例final 确保 ThreadLocal 的实例不可更改防止被意外改变导致放入的值和取出来的不一致另外还能防止 ThreadLocal 的内存泄漏。上面的例子是演示在不同的线程中获取它会得到不同的结果运行结果如下Thread-0线程执行之前main线程取到的值wupx
Thread-0线程取到的值null
重新设置之后Thread-0线程取到的值为huxy
Thread-0线程执行结束
Thread-0线程执行之后main线程取到的值wupx
首先在 Thread-0 线程执行之前先给 THREAD_LOCAL 设置为 wupx然后可以取到这个值然后通过创建一个新的线程以后去取这个值发现新线程取到的为 null意外着这个变量在不同线程中取到的值是不同的不同线程之间对于 ThreadLocal 会有对应的副本接着在线程 Thread-0 中执行对 THREAD_LOCAL 的修改将值改为 huxy可以发现线程 Thread-0 获取的值变为了 huxy主线程依然会读取到属于它的副本数据 wupx这就是线程的封闭。看到这里我相信大家一定会好奇 ThreadLocal 是如何做到多个线程对同一对象 set 操作但是 get 获取的值还都是每个线程 set 的值呢接下来就让我们进入源码解析环节ThreadLocal 源码解析首先看下 ThreadLocal 都有哪些重要属性// 当前 ThreadLocal 的 hashCode由 nextHashCode() 计算而来用于计算当前 ThreadLocal 在 ThreadLocalMap 中的索引位置
private final int threadLocalHashCode nextHashCode();
// 哈希魔数主要与斐波那契散列法以及黄金分割有关
private static final int HASH_INCREMENT 0x61c88647;
// 返回计算出的下一个哈希值其值为 i * HASH_INCREMENT其中 i 代表调用次数
private static int nextHashCode() {return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
// 保证了在一台机器中每个 ThreadLocal 的 threadLocalHashCode 是唯一的
private static AtomicInteger nextHashCode new AtomicInteger();
其中的 HASH_INCREMENT 也不是随便取的它转化为十进制是 16405315272654435769 转换成 int 类型就是 -16405315272654435769 等于 (√5-1)/2 乘以 2 的 32 次方。(√5-1)/2 就是黄金分割数近似为 0.618也就是说 0x61c88647 理解为一个黄金分割数乘以 2 的 32 次方它可以保证 nextHashCode 生成的哈希值均匀的分布在 2 的幂次方上且小于 2 的 32 次方。下面是 javaspecialists 中一篇文章对它的介绍This number represents the golden ratio (sqrt(5)-1) times two to the power of 31 ((sqrt(5)-1) * (2^31)). The result is then a golden number, either 2654435769 or -1640531527.下面用例子来证明下private static final int HASH_INCREMENT 0x61c88647;public static void main(String[] args) throws Exception {int n 5;int max 2 (n - 1);for (int i 0; i max; i) {System.out.print(i * HASH_INCREMENT (max - 1));System.out.print( );}
}
运行结果为0 7 14 21 28 3 10 17 24 31 6 13 20 27 2 9 16 23 30 5 12 19 26 1 8 15 22 29 4 11 18 25可以发现元素索引值完美的散列在数组当中并没有出现冲突。ThreadLocalMap除了上述属性外还有一个重要的属性 ThreadLocalMapThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的静态内部类当一个线程有多个 ThreadLocal 时需要一个容器来管理多个 ThreadLocalThreadLocalMap 的作用就是管理线程中多个 ThreadLocal源码如下static class ThreadLocalMap {/*** 键值对实体的存储结构*/static class Entry extends WeakReferenceThreadLocal? {// 当前线程关联的 value这个 value 并没有用弱引用追踪Object value;/*** 构造键值对** param k k 作 key,作为 key 的 ThreadLocal 会被包装为一个弱引用* param v v 作 value*/Entry(ThreadLocal? k, Object v) {super(k);value v;}}// 初始容量必须为 2 的幂private static final int INITIAL_CAPACITY 16;// 存储 ThreadLocal 的键值对实体数组长度必须为 2 的幂private Entry[] table;// ThreadLocalMap 元素数量private int size 0;// 扩容的阈值默认是数组大小的三分之二private int threshold;
}
从源码中看到 ThreadLocalMap 其实就是一个简单的 Map 结构底层是数组有初始化大小也有扩容阈值大小数组的元素是 EntryEntry 的 key 就是 ThreadLocal 的引用value 是 ThreadLocal 的值。ThreadLocalMap 解决 hash 冲突的方式采用的是线性探测法如果发生冲突会继续寻找下一个空的位置。这样的就有可能会发生内存泄漏的问题下面让我们进行分析ThreadLocal 内存泄漏ThreadLocal 在没有外部强引用时发生 GC 时会被回收那么 ThreadLocalMap 中保存的 key 值就变成了 null而 Entry 又被 threadLocalMap 对象引用threadLocalMap 对象又被 Thread 对象所引用那么当 Thread 一直不终结的话value 对象就会一直存在于内存中也就导致了内存泄漏直至 Thread 被销毁后才会被回收。那么如何避免内存泄漏呢在使用完 ThreadLocal 变量后需要我们手动 remove 掉防止 ThreadLocalMap 中 Entry 一直保持对 value 的强引用导致 value 不能被回收其中 remove 源码如下所示/*** 清理当前 ThreadLocal 对象关联的键值对*/
public void remove() {// 返回当前线程持有的 mapThreadLocalMap m getMap(Thread.currentThread());if (m ! null) {// 从 map 中清理当前 ThreadLocal 对象关联的键值对m.remove(this);}
}
remove 方法的时序图如下所示remove 方法是先获取到当前线程的 ThreadLocalMap并且调用了它的 remove 方法从 map 中清理当前 ThreadLocal 对象关联的键值对这样 value 就可以被 GC 回收了。那么 ThreadLocal 是如何实现线程隔离的呢ThreadLocal 的 set 方法我们先去看下 ThreadLocal 的 set 方法源码如下/*** 为当前 ThreadLocal 对象关联 value 值** param value 要存储在此线程的线程副本的值*/
public void set(T value) {// 返回当前ThreadLocal所在的线程Thread t Thread.currentThread();// 返回当前线程持有的mapThreadLocalMap map getMap(t);if (map ! null) {// 如果 ThreadLocalMap 不为空则直接存储ThreadLocal, T键值对map.set(this, value);} else {// 否则需要为当前线程初始化 ThreadLocalMap并存储键值对 this, firstValuecreateMap(t, value);}
}
set 方法的作用是把我们想要存储的 value 给保存进去。set 方法的流程主要是先获取到当前线程的引用利用这个引用来获取到 ThreadLocalMap如果 map 为空则去创建一个 ThreadLocalMap如果 map 不为空就利用 ThreadLocalMap 的 set 方法将 value 添加到 map 中set 方法的时序图如下所示其中 map 就是我们上面讲到的 ThreadLocalMap可以看到它是通过当前线程对象获取到的 ThreadLocalMap接下来我们看 getMap方法的源代码/*** 返回当前线程 thread 持有的 ThreadLocalMap** param t 当前线程* return ThreadLocalMap*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;
}
getMap 方法的作用主要是获取当前线程内的 ThreadLocalMap 对象原来这个 ThreadLocalMap 是线程的一个属性下面让我们看看 Thread 中的相关代码/*** ThreadLocal 的 ThreadLocalMap 是线程的一个属性所以在多线程环境下 threadLocals 是线程安全的*/
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals null;
可以看出每个线程都有 ThreadLocalMap 对象被命名为 threadLocals默认为 null所以每个线程的 ThreadLocals 都是隔离独享的。调用 ThreadLocalMap.set() 时会把当前 threadLocal 对象作为 key想要保存的对象作为 value存入 map。其中 ThreadLocalMap.set() 的源码如下/*** 在 map 中存储键值对key, value** param key threadLocal* param value 要设置的 value 值*/
private void set(ThreadLocal? key, Object value) {Entry[] tab table;int len tab.length;// 计算 key 在数组中的下标int i key.threadLocalHashCode (len - 1);// 遍历一段连续的元素以查找匹配的 ThreadLocal 对象for (Entry e tab[i]; e ! null; e tab[i nextIndex(i, len)]) {// 获取该哈希值处的ThreadLocal对象ThreadLocal? k e.get();// 键值ThreadLocal匹配直接更改map中的valueif (k key) {e.value value;return;}// 若 key 是 null说明 ThreadLocal 被清理了直接替换掉if (k null) {replaceStaleEntry(key, value, i);return;}}// 直到遇见了空槽也没找到匹配的ThreadLocal对象那么在此空槽处安排ThreadLocal对象和缓存的valuetab[i] new Entry(key, value);int sz size;// 如果没有元素被清理那么就要检查当前元素数量是否超过了容量阙值(数组大小的三分之二)以便决定是否扩容if (!cleanSomeSlots(i, sz) sz threshold) {// 扩容的过程也是对所有的 key 重新哈希的过程rehash();}
}
相信到这里大家应该对 Thread、ThreadLocal 以及 ThreadLocalMap 的关系有了进一步的理解下图为三者之间的关系ThreadLocal 的 get 方法了解完 set 方法后让我们看下 get 方法源码如下/*** 返回当前 ThreadLocal 对象关联的值** return*/
public T get() {// 返回当前 ThreadLocal 所在的线程Thread t Thread.currentThread();// 从线程中拿到 ThreadLocalMapThreadLocalMap map getMap(t);if (map ! null) {// 从 map 中拿到 entryThreadLocalMap.Entry e map.getEntry(this);// 如果不为空读取当前 ThreadLocal 中保存的值if (e ! null) {SuppressWarnings(unchecked)T result (T) e.value;return result;}}// 若 map 为空则对当前线程的 ThreadLocal 进行初始化最后返回当前的 ThreadLocal 对象关联的初值即 valuereturn setInitialValue();
}
get 方法的主要流程为先获取到当前线程的引用获取当前线程内部的 ThreadLocalMap如果 map 存在则获取当前 ThreadLocal 对应的 value 值如果 map 不存在或者找不到 value 值则调用 setInitialValue() 进行初始化get 方法的时序图如下所示其中每个 Thread 的 ThreadLocalMap 以 threadLocal 作为 key保存自己线程的 value 副本也就是保存在每个线程中并没有保存在 ThreadLocal 对象中。其中 ThreadLocalMap.getEntry() 方法的源码如下/*** 返回 key 关联的键值对实体** param key threadLocal* return*/
private Entry getEntry(ThreadLocal? key) {int i key.threadLocalHashCode (table.length - 1);Entry e table[i];// 若 e 不为空并且 e 的 ThreadLocal 的内存地址和 key 相同直接返回if (e ! null e.get() key) {return e;} else {// 从 i 开始向后遍历找到键值对实体return getEntryAfterMiss(key, i, e);}
}
ThreadLocalMap 的 resize 方法当 ThreadLocalMap 中的 ThreadLocal 的个数超过容量阈值时ThreadLocalMap 就要开始扩容了我们一起来看下 resize 的源代码/*** 扩容重新计算索引标记垃圾值方便 GC 回收*/
private void resize() {Entry[] oldTab table;int oldLen oldTab.length;int newLen oldLen * 2;// 新建一个数组按照2倍长度扩容Entry[] newTab new Entry[newLen];int count 0;// 将旧数组的值拷贝到新数组上for (int j 0; j oldLen; j) {Entry e oldTab[j];if (e ! null) {ThreadLocal? k e.get();// 若有垃圾值则标记清理该元素的引用以便GC回收if (k null) {e.value null;} else {// 计算 ThreadLocal 在新数组中的位置int h k.threadLocalHashCode (newLen - 1);// 如果发生冲突使用线性探测往后寻找合适的位置while (newTab[h] ! null) {h nextIndex(h, newLen);}newTab[h] e;count;}}}// 设置新的扩容阈值为数组长度的三分之二setThreshold(newLen);size count;table newTab;
}
resize 方法主要是进行扩容同时会将垃圾值标记方便 GC 回收扩容后数组大小是原来数组的两倍。ThreadLocal 应用场景ThreadLocal 的特性也导致了应用场景比较广泛主要的应用场景如下线程间数据隔离各线程的 ThreadLocal 互不影响方便同一个线程使用某一对象避免不必要的参数传递全链路追踪中的 traceId 或者流程引擎中上下文的传递一般采用 ThreadLocalSpring 事务管理器采用了 ThreadLocalSpring MVC 的 RequestContextHolder 的实现使用了 ThreadLocal总结本文主要从源码的角度解析了 ThreadLocal并分析了发生内存泄漏的原因最后对它的应用场景进行了简单介绍。欢迎留言交流讨论原创不易觉得文章不错请在看转发支持一下。参考《Java并发编程实战》https://www.javaspecialists.eu/archive/Issue164.htmlhttps://mp.weixin.qq.com/s/vURwBPgVuv4yGT1PeEHxZQJava并发编程学习宝典面试官系统精讲Java源码及大厂真题Java 并发面试 78 讲END阿里巴巴Java开发手册建议设置HashMap的初始容量但设置多少合适呢因为我说volatile 是轻量级的 synchronized面试官让我回去等通知有人说轻量级锁一定比重量级锁快我忍不住笑了
