線程封閉與ThreadLocal
多線程訪問(wèn)共享可變數(shù)據(jù)時(shí)，涉及到線程間數(shù)據(jù)同步問(wèn)題。然而碴开，并不是所有時(shí)候都需要共享數(shù)據(jù)，所以埂伦，線程封閉的概念就提出來(lái)了仔蝌。
通過(guò)將數(shù)據(jù)封閉在線程中而避免使用同步的技術(shù)稱為線程封閉泛领。
線程封閉的具體體現(xiàn)有：
- 局部變量
- ThreadLocal
局部變量
局部變量位于執(zhí)行線程的棧中，其他線程無(wú)法訪問(wèn)這個(gè)棧敛惊。線程封閉是局部變量的固有屬性渊鞋。
ThreadLocal
java.lang.ThreadLocal，顧名思義豆混，它可以存放線程本地變量篓像。ThreadLocal讓每個(gè)線程維護(hù)變量的一個(gè)副本，各線程通過(guò)ThreadLocal去訪問(wèn)該變量時(shí)會(huì)拿到各自的副本皿伺，副本之間相互獨(dú)立员辩，互不影響，這樣競(jìng)爭(zhēng)條件被徹底消除了鸵鸥。
使用示例
下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)驗(yàn)證ThreadLocal的特性奠滑。
public class ThreadLocalTest {
private static final ThreadLocal<String> value = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
value.set("主線程設(shè)置的123");
System.out.println("線程1執(zhí)行之前，主線程取到的值: " + value.get());
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("線程1取到的值: " + value.get());
value.set("線程1設(shè)置的值456");
System.out.println("重新設(shè)置后線程1取到的值: " + value.get());
System.out.println("線程1執(zhí)行結(jié)束");
} finally {
value.remove();
}
}
}, "線程1");
thread.start();
// 等待線程1執(zhí)行結(jié)束
thread.join();
System.out.println("線程1執(zhí)行之后妒穴，主線程取到的值: " + value.get());
value.remove();
}
}
這段程序的輸出是：
線程1執(zhí)行之前宋税，主線程取到的值: 主線程設(shè)置的123
線程1取到的值: null
重新設(shè)置后線程1取到的值: 線程1設(shè)置的值456
線程1執(zhí)行結(jié)束
線程1執(zhí)行之后，主線程取到的值: 主線程設(shè)置的123
可以看出讼油，不同的線程通過(guò)ThreadLocal進(jìn)行變量的讀寫時(shí)杰赛，是互不干擾的。
原理分析
ThreadLocal這么神奇矮台，它到底是怎么實(shí)現(xiàn)的呢乏屯？
ThreadLocal有3個(gè)核心方法：
get()set()remove()
這里主要看get()方法 根时。
public T get() {
// 拿到當(dāng)前線程對(duì)應(yīng)的ThreadLocalMap對(duì)象
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 從map中查詢對(duì)應(yīng)的變量副本
if (map != null) {
// 以ThreadLocal對(duì)象為key，從map中獲取ThreadLocalMap.Entry對(duì)象
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
// 如果entry不為空辰晕，entry的value就是目標(biāo)變量副本
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
// 否則蛤迎，初始化變量副本
return setInitialValue();
}
從get()方法中可以看出，我們希望得到的變量副本存放在ThreadLocalMap中含友。而ThreadLocalMap是和線程綁定的：
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
在Thread類里替裆，有這樣一個(gè)屬性：
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
ThreadLocalMap的結(jié)構(gòu)如下：
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
private Entry[] table;
ThreadLocalMap是一個(gè)哈希表，它里面存放若干個(gè)指向ThreadLocal對(duì)象的弱引用窘问，而我們需要的value值就掛靠在這個(gè)弱引用上辆童。因此，根據(jù)ThreadLocal找到對(duì)應(yīng)的Entry就能拿到目標(biāo)變量的副本南缓。
這里使用弱引用的目的是希望在
ThreadLocal對(duì)象被回收后可以自動(dòng)回收value對(duì)象胸遇。
接下來(lái)看get()方法里的第二個(gè)分支，setInitialValue()汉形。進(jìn)入這個(gè)分支說(shuō)明當(dāng)前線程對(duì)應(yīng)的ThreadLocalMap還未初始化纸镊，或者ThreadLocalMap里面還沒(méi)有初始化ThreadLocal對(duì)象對(duì)應(yīng)的Entry。
private T setInitialValue() {
// 獲取初始值（變量副本）
T value = initialValue();
// 獲取當(dāng)前線程對(duì)應(yīng)的ThreadLocalMap
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 如果ThreadLocalMap已經(jīng)初始化概疆，則將ThreadLocal對(duì)象和變量副本的映射關(guān)系保存在map中
if (map != null)
map.set(this, value);
// 否則逗威，初始化ThreadLocalMap，并保存ThreadLocal對(duì)象和變量副本的映射關(guān)系
else
createMap(t, value);
// 返回變量副本的值
return value;
}
其中岔冀，initialValue()的實(shí)現(xiàn)是：
protected T initialValue() {
return null;
}
這是一個(gè)protected方法凯旭，默認(rèn)返回null值。這意味著使套，對(duì)于一個(gè)ThreadLocal對(duì)象罐呼，線程訪問(wèn)它拿到的默認(rèn)變量副本是null（這也解釋了在前面的示例中線程1一開(kāi)始拿到的是null值）。我們可以覆蓋這個(gè)方法侦高，指定一個(gè)默認(rèn)的變量副本嫉柴，這樣可以省去調(diào)用get()方法時(shí)的一次非空判斷。ThreadLocal類里有一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類SuppliedThreadLocal奉呛，它已經(jīng)幫我們覆蓋了默認(rèn)的initialValue()方法计螺，只需要使用ThreadLocal的靜態(tài)方法ThreadLocal#withInitial就可以在創(chuàng)建ThreadLocal對(duì)象時(shí)輕松指定默認(rèn)值。
public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) {
return new SuppliedThreadLocal<>(supplier);
}
到這里瞧壮，我們對(duì)get()方法的有了大致的了解：獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap對(duì)象登馒，在ThreadLocalMap里以ThreadLocal對(duì)象為Key查詢Entry，Entry對(duì)應(yīng)的value就是我們希望得到的變量副本咆槽。如果查找失敗陈轿，就初始化變量副本（還可能初始化ThreadLocalMap），并存入ThreadLocalMap里，再將變量副本返回給調(diào)用者济欢。
ThreadLocal與使用它的Thread緊密相連：
- 一個(gè)
Thread有且僅有一個(gè)ThreadLocalMap對(duì)象赠堵。 - 一個(gè)
ThreadLocalMap對(duì)象存儲(chǔ)多個(gè)Entry對(duì)象小渊。 - 一個(gè)
Entry對(duì)象的key的弱引用指向一個(gè)ThreadLocal對(duì)象法褥。 - 一個(gè)
ThreadLocal對(duì)象被多個(gè)線程所共享。 -
ThreadLocal對(duì)象不持有value酬屉，value由線程的Entry對(duì)象持有半等。
了解了get()的實(shí)現(xiàn)邏輯，set()和remove()方法就不難理解了呐萨，這里不再展開(kāi)杀饵。
注意事項(xiàng)
ThreadLocal的主要問(wèn)題是會(huì)產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)和內(nèi)存泄漏。這兩個(gè)問(wèn)題通常是在線程池中使用ThreadLocal引發(fā)的谬擦，因?yàn)榫€程池有線程復(fù)用和內(nèi)存常駐兩個(gè)特點(diǎn)切距。
- 臟數(shù)據(jù)
線程復(fù)用會(huì)產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)。由于線程池會(huì)重用Thread對(duì)象惨远，那么與Thread綁定的ThreadLocalMap變量也會(huì)被重用谜悟。如果在實(shí)現(xiàn)的線程的run()方法中不顯式的調(diào)用remove()清理與線程相關(guān)的ThreadLocal信息，那么倘若下一個(gè)任務(wù)不調(diào)用set()設(shè)置初始值北秽，就有可能get()到重用的線程信息葡幸，包括ThreadLocal所關(guān)聯(lián)的線程對(duì)象的value值。
- 內(nèi)存泄漏
通常使用static關(guān)鍵字來(lái)修飾ThreadLocal贺氓，在此場(chǎng)景下蔚叨，寄希望于ThreadLocal對(duì)象失去引用后，觸發(fā)弱引用機(jī)制來(lái)回收Entry的value就不現(xiàn)實(shí)了辙培。如果不進(jìn)行remove()操作蔑水，那么ThreadLocal對(duì)象持有的value是不會(huì)被釋放的。
以上兩個(gè)問(wèn)題解決辦法很簡(jiǎn)單扬蕊，就是在每次用完ThreadLocal時(shí)搀别，必須及時(shí)調(diào)用remove()方法清理。
