专栏首页服务端思维Java面试必问,深入理解 ThreadLocal 实现原理与内存泄露

Java面试必问,深入理解 ThreadLocal 实现原理与内存泄露

占小狼 | 作者

「占小狼的博客」公众号

前言

在面试环节中,考察"ThreadLocal"也是面试官的家常便饭,所以对它理解透彻,是非常有必要的.

有些面试官会开门见山的提问:

  • “知道ThreadLocal吗?”
  • “讲讲你对ThreadLocal的理解”

当然了,也有面试官会慢慢引导到这个话题上,比如提问“在多线程环境下,如何防止自己的变量被其它线程篡改”,将主动权交给你自己,剩下的靠自己发挥。

那么ThreadLocal可以做什么,在了解它的应用场景之前,我们先看看它的实现原理,只有知道了实现原理,才好判断它是否符合自己的业务场景。

ThreadLocal是什么

首先,它是一个数据结构,有点像HashMap,可以保存"key : value"键值对,但是一个ThreadLocal只能保存一个,并且各个线程的数据互不干扰。

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();localName.set("占小狼");String name = localName.get();

在线程1中初始化了一个ThreadLocal对象localName,并通过set方法,保存了一个值 占小狼,同时在线程1中通过 localName.get()可以拿到之前设置的值,但是如果在线程2中,拿到的将是一个null。

这是为什么,如何实现?不过之前也说了,ThreadLocal保证了各个线程的数据互不干扰。

看看 set(T value)get()方法的源码

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

可以发现,每个线程中都有一个 ThreadLocalMap数据结构,当执行set方法时,其值是保存在当前线程的 threadLocals变量中,当执行set方法中,是从当前线程的 threadLocals变量获取。

所以在线程1中set的值,对线程2来说是摸不到的,而且在线程2中重新set的话,也不会影响到线程1中的值,保证了线程之间不会相互干扰。

那每个线程中的 ThreadLoalMap究竟是什么?

ThreadLoalMap

本文分析的是1.7的源码。

从名字上看,可以猜到它也是一个类似HashMap的数据结构,但是在ThreadLocal中,并没实现Map接口。

在ThreadLoalMap中,也是初始化一个大小16的Entry数组,Entry对象用来保存每一个key-value键值对,只不过这里的key永远都是ThreadLocal对象,是不是很神奇,通过ThreadLocal对象的set方法,结果把ThreadLocal对象自己当做key,放进了ThreadLoalMap中。

这里需要注意的是,ThreadLoalMap的Entry是继承WeakReference,和HashMap很大的区别是,Entry中没有next字段,所以就不存在链表的情况了。

hash冲突

没有链表结构,那发生hash冲突了怎么办?

先看看ThreadLoalMap中插入一个key-value的实现

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {    Entry[] tab = table;    int len = tab.length;    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    for (Entry e = tab[i];         e != null;         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {        ThreadLocal<?> k = e.get();
        if (k == key) {            e.value = value;            return;        }
        if (k == null) {            replaceStaleEntry(key, value, i);            return;        }    }
    tab[i] = new Entry(key, value);    int sz = ++size;    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)        rehash();}

每个ThreadLocal对象都有一个hash值 threadLocalHashCode,每初始化一个ThreadLocal对象,hash值就增加一个固定的大小 0x61c88647

在插入过程中,根据ThreadLocal对象的hash值,定位到table中的位置i,过程如下:1、如果当前位置是空的,那么正好,就初始化一个Entry对象放在位置i上;2、不巧,位置i已经有Entry对象了,如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key,那么重新设置Entry中的value;3、很不巧,位置i的Entry对象,和即将设置的key没关系,那么只能找下一个空位置;

这样的话,在get的时候,也会根据ThreadLocal对象的hash值,定位到table中的位置,然后判断该位置Entry对象中的key是否和get的key一致,如果不一致,就判断下一个位置

可以发现,set和get如果冲突严重的话,效率很低,因为ThreadLoalMap是Thread的一个属性,所以即使在自己的代码中控制了设置的元素个数,但还是不能控制其它代码的行为。

内存泄露

ThreadLocal可能导致内存泄漏,为什么?先看看Entry的实现:

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {    /** The value associated with this ThreadLocal. */    Object value;
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {        super(k);        value = v;    }}

通过之前的分析已经知道,当使用ThreadLocal保存一个value时,会在ThreadLocalMap中的数组插入一个Entry对象,按理说key-value都应该以强引用保存在Entry对象中,但在ThreadLocalMap的实现中,key被保存到了WeakReference对象中。

这就导致了一个问题,ThreadLocal在没有外部强引用时,发生GC时会被回收,如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行,那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收,发生内存泄露。

如何避免内存泄露

既然已经发现有内存泄露的隐患,自然有应对的策略,在调用ThreadLocal的get()、set()可能会清除ThreadLocalMap中key为null的Entry对象,这样对应的value就没有GC Roots可达了,下次GC的时候就可以被回收,当然如果调用remove方法,肯定会删除对应的Entry对象。

如果使用ThreadLocal的set方法之后,没有显示的调用remove方法,就有可能发生内存泄露,所以养成良好的编程习惯十分重要,使用完ThreadLocal之后,记得调用remove方法。

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();try {    localName.set("占小狼");    // 其它业务逻辑} finally {    localName.remove();}

End !!!

本文分享自微信公众号 - 服务端思维(gh_c3775931ac9d)

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-07-04

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • 系统CPU飙高和频繁GC,你会怎么排查?

    处理过线上问题的同学基本上都会遇到系统突然运行缓慢,CPU 100%,以及Full GC次数过多的问题。当然,这些问题的最终导致的直观现象就是系统运行缓慢,并且...

    用户2781897
  • 小问题大智慧 :线程池是怎样工作的

    我们在工作中或多或少都使用过线程池,但是为什么要使用线程池呢?从他的名字中我们就应该知道,线程池使用了一种池化技术,和很多其他池化技术一样,都是为了更高效的利用...

    用户2781897
  • 基于支付场景下的微服务改造与性能优化

    本文节选自《高可用可伸缩微服务架构:基于Dubbo、Spring Cloud和Service Mesh》一书,程超 等著,由电子工业出版社博文视点出版,已获得授...

    用户2781897
  • ThreadLocal的使用及原理分析

    ThreadLocal称作线程本地存储。简单来说,就是ThreadLocal为共享变量在每个线程中都创建一个副本,每个线程可以访问自己内部的副本变量。这样做的好...

    jasonlu
  • ThreadLocal用法及原理

    Synchronized用于线程间的数据共享,而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。

    烂猪皮
  • 聊一聊线程变量绑定之ThreadLocal

    这里我们从源码角度来聊一聊 ThreadLocal 的原理。先来看一看它的属性和方法:

    开发架构二三事
  • React 折腾记 - (11) 结合Antd菜单控件(递归遍历组件)及常规优化

    一开始都是手动map去遍历对应的组件, 相关的的组id这些也是简单的判断下children就返回一个值;

    CRPER
  • Java的ThreadLocal

    ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射,各个线程之间的变量互不干扰,在高并发场景下,可以实现无状...

    用户3467126
  • Java并发编程:深入剖析ThreadLocal

    想必很多朋友对ThreadLocal并不陌生,今天我们就来一起探讨下ThreadLocal的使用方法和实现原理。首先,本文先谈一下对ThreadLocal的理解...

    用户6182664
  • 深入理解ThreadLocal

    想必很多朋友对ThreadLocal并不陌生,今天我们就来一起探讨下ThreadLocal的使用方法和实现原理。首先,本文先谈一下对ThreadLocal的理解...

    周三不加班

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券