全方位，多角度理解ThreadLocal

欢迎关注方志朋的博客&＃xff0c;回复”666“获面试宝典

来源&＃xff1a;https://blog.csdn.net/zzg1229059735/article/details/82715741

本次给大家介绍重要的工具ThreadLocal。讲解内容如下&＃xff0c;同时介绍什么场景下发生内存泄漏&＃xff0c;如何复现内存泄漏&＃xff0c;如何正确使用它来避免内存泄漏。

ThreadLocal是什么&＃xff1f;有哪些用途&＃xff1f;

ThreadLocal如何使用

ThreadLocal原理

ThreadLocal使用有哪些坑及注意事项

1.ThreadLocal是什么&＃xff1f;有哪些用途&＃xff1f;

首先介绍Thread类中属性threadLocals:

ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained * by the ThreadLocal class. ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals &＃61; null;

我们发现Thread并没有提供成员变量threadLocals的设置与访问的方法&＃xff0c;那么每个线程的实例threadLocals参数我们如何操作呢&＃xff1f;这时我们的主角&＃xff1a;ThreadLocal就登场了。所以有那么一句总结&＃xff1a;ThreadLocal是线程Thread中属性threadLocals的管理者。也就是说我们对于ThreadLocal的get, set&＃xff0c;remove的操作结果都是针对当前线程Thread实例的threadLocals存&＃xff0c;取&＃xff0c;删除操作。类似于一个开发者的任务&＃xff0c;产品经理左右不了&＃xff0c;产品经理只能通过技术leader来给开发者分配任务。下面再举个栗子&＃xff0c;进一步说明他们之间的关系&＃xff1a;

1.每个人都一张银行卡 2.每个人每张卡都有一定的余额。3.每个人获取银行卡余额都必须通过该银行的管理系统。4.每个人都只能获取自己卡持有的余额信息&＃xff0c;他人的不可访问。

映射到我们要说的ThreadLocal 1.card类似于Thread 2.card余额属性&＃xff0c;卡号属性等类似于Treadlocal内部属性集合threadLocals 3.cardManager类似于ThreadLocal管理类

那ThreadLocal有哪些应用场景呢&＃xff1f;其实我们无意间已经时时刻刻在使用ThreadLocal提供的便利&＃xff0c;如果说多数据源的切换你比较陌生&＃xff0c;那么spring提供的声明式事务就再熟悉不过了&＃xff0c;我们在研发过程中无时无刻不在使用&＃xff0c;而spring声明式事务的重要实现基础就是ThreadLocal&＃xff0c;只不过大家没有去深入研究spring声明式事务的实现机制。后面有机会我会给大家介绍spring声明式事务的原理及实现机制。原来ThreadLocal这么强大&＃xff0c;但应用开发者使用较少&＃xff0c;同时有些研发人员对于ThreadLocal内存泄漏&＃xff0c;等潜在问题&＃xff0c;不敢试用&＃xff0c;恐怕这是对于ThreadLocal最大的误解&＃xff0c;后面我们将会仔细分析&＃xff0c;只要按照正确使用方式&＃xff0c;就没什么问题。如果ThreadLocal存在问题&＃xff0c;岂不是spring声明式事务是我们程序最大的潜在危险吗&＃xff1f;

2.ThreadLocal如何使用

为了更直观的体会ThreadLocal的使用我们假设如下场景

1.我们给每个线程生成一个ID。

2.一旦设置&＃xff0c;线程生命周期内不可变化。

3.容器活动期间不可以生成重复的ID

我们创建一个ThreadLocal管理类&＃xff1a;

测试程序如下&＃xff1a;我们同一个线程不断get&＃xff0c;测试id是否变化&＃xff0c;同时测试完成后我们就将其释放掉。

在主程序中我们开启多个线程测试不通线程之间是否会影响

不出意外我们的结果为&＃xff1a;

结果&＃xff1a;确实是不同线程间id不同&＃xff0c;相同线程id相同。

3.ThreadLocal原理

①ThreadLocal类结构及方法解析&＃xff1a;

上图可知&＃xff1a;ThreadLocal三个方法get, set , remove以及内部类ThreadLocalMap

②ThreadLocal及Thread之间的关系&＃xff1a;

从这张图我们可以直观的看到Thread中属性threadLocals&＃xff0c;作为一个特殊的Map&＃xff0c;它的key值就是我们ThreadLocal实例&＃xff0c;而value值这是我们设置的值。

③ThreadLocal的操作过程&＃xff1a;

我们以get方法为例:

其中getMap(t)返回的就上当前线程的threadlocals&＃xff0c;如下图&＃xff0c;然后根据当前ThreadLocal实例对象作为key获取ThreadLocalMap中的value&＃xff0c;如果首次进来这调用setInitialValue()

set的过程也类似&＃xff1a;

注意&＃xff1a;ThreadLocal中可以直接t.threadLocals是因为Thread与ThreadLocal在同一个包下&＃xff0c;同样Thread可以直接访问ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals &＃61; null;来进行声明属性。

4.ThreadLocal使用有哪些坑及注意事项

我经常在网上看到骇人听闻的标题&＃xff0c;ThreadLocal导致内存泄漏&＃xff0c;这通常让一些刚开始对ThreadLocal理解不透彻的开发者&＃xff0c;不敢贸然使用。越不用&＃xff0c;越陌生。这样就让我们错失了更好的实现方案&＃xff0c;所以敢于引入新技术&＃xff0c;敢于踩坑&＃xff0c;才能不断进步。

我们来看下为什么说ThreadLocal会引起内存泄漏&＃xff0c;什么场景下会导致内存泄漏&＃xff1f;

先回顾下什么叫内存泄漏&＃xff0c;对应的什么叫内存溢出

①Memory overflow:内存溢出&＃xff0c;没有足够的内存提供申请者使用。

②Memory leak:内存泄漏&＃xff0c;程序申请内存后&＃xff0c;无法释放已申请的内存空间&＃xff0c;内存泄漏的堆积终将导致内存溢出。显然是TreadLocal在不规范使用的情况下导致了内存没有释放。

红框里我们看到了一个特殊的类WeakReference&＃xff0c;同样这个类&＃xff0c;应用开发者也同样很少使用&＃xff0c;这里简单介绍下吧


既然WeakReference在下一次gc即将被回收&＃xff0c;那么我们的程序为什么没有出问题呢&＃xff1f;

①所以我们测试下弱引用的回收机制&＃xff1a;

这一种存在强引用不会被回收。

这里没有强引用将会被回收。

上面演示了弱引用的回收情况&＃xff0c;下面我们看下ThreadLocal的弱引用回收情况。

②ThreadLocal的弱引用回收情况

如上图所示&＃xff0c;我们在作为key的ThreadLocal对象没有外部强引用&＃xff0c;下一次gc必将产生key值为null的数据&＃xff0c;若线程没有及时结束必然出现&＃xff0c;一条强引用链 Threadref–>Thread–>ThreadLocalMap–>Entry&＃xff0c;所以这将导致内存泄漏。

下面我们模拟复现ThreadLocal导致内存泄漏&＃xff1a;1.为了效果更佳明显我们将我们的treadlocals的存储值value设置为1万字符串的列表&＃xff1a;

class ThreadLocalMemory {// Thread local variable containing each thread&＃39;s IDpublic ThreadLocal threadId &＃61; new ThreadLocal() {&＃64;Overrideprotected List initialValue() {List list &＃61; new ArrayList();for (int i &＃61; 0; i < 10000; i&＃43;&＃43;) {list.add(String.valueOf(i));}return list;}};// Returns the current thread&＃39;s unique ID, assigning it if necessarypublic List get() {return threadId.get();}// remove currentidpublic void remove() {threadId.remove();}
}

测试代码如下&＃xff1a;

public static void main(String[] args)throws InterruptedException {//  为了复现key被回收的场景&＃xff0c;我们使用临时变量ThreadLocalMemory memeory &＃61; new ThreadLocalMemory();// 调用incrementSameThreadId(memeory);System.out.println("GC前&＃xff1a;key:" &＃43; memeory.threadId);System.out.println("GC前&＃xff1a;value-size:" &＃43; refelectThreadLocals(Thread.currentThread()));// 设置为null&＃xff0c;调用gc并不一定触发垃圾回收&＃xff0c;但是可以通过java提供的一些工具进行手工触发gc回收。memeory.threadId &＃61; null;System.gc();System.out.println("GC后&＃xff1a;key:" &＃43; memeory.threadId);System.out.println("GC后&＃xff1a;value-size:" &＃43; refelectThreadLocals(Thread.currentThread()));// 模拟线程一直运行while (true) {}}

此时我们如何知道内存中存在memory leak呢&＃xff1f;

我们可以借助jdk提供的一些命令dump当前堆内存&＃xff0c;命令如下&＃xff1a;

jmap -dump:live,format&＃61;b,file&＃61;heap.bin

然后我们借助MAT可视化分析工具&＃xff0c;来查看对内存&＃xff0c;分析对象实例的存活状态&＃xff1a;

首先打开我们工具提示我们的内存泄漏分析&＃xff1a;

这里我们可以确定的是ThreadLocalMap实例的Entry.value是没有被回收的。

最后我们要确定Entry.key是否还在&＃xff1f;打开Dominator Tree&＃xff0c;搜索我们的ThreadLocalMemory&＃xff0c;发现并没有存活的实例。

以上我们复现了ThreadLocal不正当使用&＃xff0c;引起的内存泄漏。demo在这里。

所以我们总结了使用ThreadLocal时会发生内存泄漏的前提条件&＃xff1a;

①ThreadLocal引用被设置为null&＃xff0c;且后面没有set&＃xff0c;get,remove操作。

②线程一直运行&＃xff0c;不停止。&＃xff08;线程池&＃xff09;

③触发了垃圾回收。&＃xff08;Minor GC或Full GC&＃xff09;

我们看到ThreadLocal出现内存泄漏条件还是很苛刻的&＃xff0c;所以我们只要破坏其中一个条件就可以避免内存泄漏&＃xff0c;单但为了更好的避免这种情况的发生我们使用ThreadLocal时遵守以下两个小原则:

①ThreadLocal申明为private static final。Private与final 尽可能不让他人修改变更引用&＃xff0c; Static 表示为类属性&＃xff0c;只有在程序结束才会被回收。

②ThreadLocal使用后务必调用remove方法。最简单有效的方法是使用后将其移除。

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