使用 ThreadLocal 一次解决老大难问题
1.ThreadLocal的使用场景
1.1 场景1
每个线程需要一个独享对象(通常是工具类,典型需要使用的类有SimpleDateFormat和Random)
每个Thread内有自己的实例副本,不共享
比喻:教材只有一本,一起做笔记有线程安全问题。复印后没有问题,使用ThradLocal相当于复印了教材。
1.2 场景2
每个线程内需要保存全局变量(例如在拦截器中获取用户信息),可以让不同方法直接使用,避免参数传递的麻烦
2.对以上场景的实践
2.1 实践场景1
/*** 两个线程打印日期*/
public class ThreadLocalNormalUsage00 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {String date = new ThreadLocalNormalUsage00().date(10);System.out.println(date);}}).start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {String date = new ThreadLocalNormalUsage00().date(104707);System.out.println(date);}}).start();}public String date(int seconds) {//参数的单位是毫秒,从1970.1.1 00:00:00 GMT 开始计时Date date = new Date(1000 * seconds);SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");return dateFormat.format(date);}
}
运行结果
因为中国位于东八区,所以时间从1970年1月1日的8点开始计算的
/*** 三十个线程打印日期*/
public class ThreadLocalNormalUsage01 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for (int i = 0; i < 30; i++) {int finalI = i;new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {String date = new ThreadLocalNormalUsage01().date(finalI);System.out.println(date);}}).start();//线程启动后,休眠100msThread.sleep(100);}}public String date(int seconds) {//参数的单位是毫秒,从1970.1.1 00:00:00 GMT 开始计时Date date = new Date(1000 * seconds);SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");return dateFormat.format(date);}
}
运行结果
多个线程打印自己的时间(如果线程超级多就会产生性能问题),所以要使用线程池。
/*** 1000个线程打印日期,用线程池来执行*/
public class ThreadLocalNormalUsage02 {public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for (int i = 0; i < 1000; i++) {int finalI = i;//提交任务threadPool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {String date = new ThreadLocalNormalUsage02().date(finalI);System.out.println(date);}});}threadPool.shutdown();}public String date(int seconds) {//参数的单位是毫秒,从1970.1.1 00:00:00 GMT 开始计时Date date = new Date(1000 * seconds);SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");return dateFormat.format(date);}
}
运行结果
但是使用线程池时就会发现每个线程都有一个自己的SimpleDateFormat对象,没有必要,所以将SimpleDateFormat声明为静态,保证只有一个
/*** 1000个线程打印日期,用线程池来执行,出现线程安全问题*/
public class ThreadLocalNormalUsage03 {public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);//只创建一次 SimpleDateFormat 对象,避免不必要的资源消耗static SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for (int i = 0; i < 1000; i++) {int finalI = i;//提交任务threadPool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {String date = new ThreadLocalNormalUsage03().date(finalI);System.out.println(date);}});}threadPool.shutdown();}public String date(int seconds) {//参数的单位是毫秒,从1970.1.1 00:00:00 GMT 开始计时Date date = new Date(1000 * seconds);return dateFormat.format(date);}
}
运行结果
出现了秒数相同的打印结果,这显然是不正确的。
出现问题的原因
多个线程的task指向了同一个SimpleDateFormat对象,SimpleDateFormat是非线程安全的。
解决问题的方案
方案1:加锁
格式化代码是在最后一句return dateFormat.format(date);
,所以可以为最后一句代码添加synchronized锁
public String date(int seconds) {//参数的单位是毫秒,从1970.1.1 00:00:00 GMT 开始计时Date date = new Date(1000 * seconds);String s;synchronized (ThreadLocalNormalUsage04.class) {s = dateFormat.format(date);}return s;
}
运行结果
运行结果中没有发现相同的时间,达到了线程安全的目的
缺点:因为添加了synchronized,所以会保证同一时间只有一条线程可以执行,这在高并发场景下肯定不是一个好的选择,所以看看其他方案吧。
方案2:使用ThreadLocal
/*** 利用 ThreadLocal 给每个线程分配自己的 dateFormat 对象* 不但保证了线程安全,还高效的利用了内存*/
public class ThreadLocalNormalUsage05 {public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for (int i = 0; i < 1000; i++) {int finalI = i;//提交任务threadPool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {String date = new ThreadLocalNormalUsage05().date(finalI);System.out.println(date);}});}threadPool.shutdown();}public String date(int seconds) {//参数的单位是毫秒,从1970.1.1 00:00:00 GMT 开始计时Date date = new Date(1000 * seconds);//获取 SimpleDateFormat 对象SimpleDateFormat dateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();return dateFormat.format(date);}
}class ThreadSafeFormatter {public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = newThreadLocal<SimpleDateFormat>(){//创建一份 SimpleDateFormat 对象@Overrideprotected SimpleDateFormat initialValue() {return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");}};
}
运行结果
使用了ThreadLocal后不同的线程不会有共享的 SimpleDateFormat 对象,所以也就不会有线程安全问题
2.2 实践场景2
当前用户信息需要被线程内的所有方法共享
方案1:传递参数
可以将user作为参数在每个方法中进行传递,
缺点:但是这样做会产生代码冗余问题,并且可维护性差。
方案2:使用Map
对此进行改进的方案是使用一个Map,在第一个方法中存储信息,后续需要使用直接get()即可,
缺点:如果在单线程环境下可以保证安全,但是在多线程环境下是不可以的。如果使用加锁和ConcurrentHashMap都会产生性能问题。
方案3:使用ThreadLocal,实现不同方法间的资源共享
使用 ThreadLocal 可以避免加锁产生的性能问题,也可以避免层层传递参数来实现业务需求,就可以实现不同线程中存储不同信息的要求。
/*** 演示 ThreadLocal 的用法2:避免参数传递的麻烦*/
public class ThreadLocalNormalUsage06 {public static void main(String[] args) {new Service1().process();}
}class Service1 {public void process() {User user = new User("鲁毅");//将User对象存储到 holder 中UserContextHolder.holder.set(user);new Service2().process();}
}class Service2 {public void process() {User user = UserContextHolder.holder.get();System.out.println("Service2拿到用户名: " + user.name);new Service3().process();}
}class Service3 {public void process() {User user = UserContextHolder.holder.get();System.out.println("Service3拿到用户名: " + user.name);}
}class UserContextHolder {public static ThreadLocal<User> holder = new ThreadLocal<>();
}class User {String name;public User(String name) {this.name = name;}
}
运行结果
3. 对ThreadLocal的总结
让某个需要用到的对象实现线程之间的隔离(每个线程都有自己独立的对象)
可以在任何方法中轻松的获取到该对象
根据共享对象生成的时机选择使用initialValue方法还是set方法
对象初始化的时机由我们控制的时候使用initialValue 方式
如果对象生成的时机不由我们控制的时候使用 set 方式
4. 使用ThreadLocal的好处
达到线程安全的目的
不需要加锁,执行效率高
更加节省内存,节省开销
免去传参的繁琐,降低代码耦合度
5. ThreadLocal原理
Thread
ThreadLocal
ThreadLocalMap
在Thread类内部有有ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;这个变量,它用于存储ThreadLocal,因为在同一个线程当中可以有多个ThreadLocal,并且多次调用get()所以需要在内部维护一个ThreadLocalMap用来存储多个ThreadLocal
5.1 ThreadLocal相关方法
T initialValue()
该方法用于设置初始值,并且在调用get()方法时才会被触发,所以是懒加载。
但是如果在get()之前进行了set()操作,这样就不会调用initialValue()。
通常每个线程只能调用一次本方法,但是调用了remove()后就能再次调用
public T get() {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);//获取到了值直接返回resuleif (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}//没有获取到才会进行初始化return setInitialValue();
}private T setInitialValue() {//获取initialValue生成的值,并在后续操作中进行set,最后将值返回T value = initialValue();Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;
}public void remove() {ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());if (m != null)m.remove(this);
}
void set(T t)
为这个线程设置一个新值
public void set(T value) {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);
}
T get()
获取线程对应的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();
}
void remove()
删除对应这个线程的值
6.ThreadLocal注意点
6.1 内存泄漏
内存泄露;某个对象不会再被使用,但是该对象的内存却无法被收回
static class ThreadLocalMap {static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {//调用父类,父类是一个弱引用super(k);//强引用value = v;}}
强引用:当内存不足时触发GC,宁愿抛出OOM也不会回收强引用的内存
弱引用:触发GC后便会回收弱引用的内存
正常情况
当Thread运行结束后,ThreadLocal中的value会被回收,因为没有任何强引用了
非正常情况
当Thread一直在运行始终不结束,强引用就不会被回收,存在以下调用链 Thread-->ThreadLocalMap-->Entry(key为null)-->value
因为调用链中的 value 和 Thread 存在强引用,所以value无法被回收,就有可能出现OOM。
JDK的设计已经考虑到了这个问题,所以在set()、remove()、resize()方法中会扫描到key为null的Entry,并且把对应的value设置为null,这样value对象就可以被回收。
private void resize() {Entry[] oldTab = table;int oldLen = oldTab.length;int newLen = oldLen * 2;Entry[] newTab = new Entry[newLen];int count = 0;for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {Entry e = oldTab[j];if (e != null) {ThreadLocal<?> k = e.get();//当ThreadLocal为空时,将ThreadLocal对应的value也设置为nullif (k == null) {e.value = null; // Help the GC} else {int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);while (newTab[h] != null)h = nextIndex(h, newLen);newTab[h] = e;count++;}}}setThreshold(newLen);size = count;table = newTab;
}
但是只有在调用set()、remove()、resize()这些方法时才会进行这些操作,如果没有调用这些方法并且线程不停止,那么调用链就会一直存在,所以可能会发生内存泄漏。
6.2 如何避免内存泄漏(阿里规约)
调用remove()方法,就会删除对应的Entry对象,可以避免内存泄漏,所以使用完ThreadLocal后,要调用remove()方法。
class Service1 {public void process() {User user = new User("鲁毅");//将User对象存储到 holder 中UserContextHolder.holder.set(user);new Service2().process();}
}class Service2 {public void process() {User user = UserContextHolder.holder.get();System.out.println("Service2拿到用户名: " + user.name);new Service3().process();}
}class Service3 {public void process() {User user = UserContextHolder.holder.get();System.out.println("Service3拿到用户名: " + user.name);//手动释放内存,从而避免内存泄漏UserContextHolder.holder.remove();}
}
6.3 ThreadLocal的空指针异常问题
/*** ThreadLocal的空指针异常问题*/
public class ThreadLocalNPE {ThreadLocal<Long> longThreadLocal = new ThreadLocal<>();public void set() {longThreadLocal.set(Thread.currentThread().getId());}public Long get() {return longThreadLocal.get();}public static void main(String[] args) {ThreadLocalNPE threadLocalNPE = new ThreadLocalNPE();//如果get方法返回值为基本类型,则会报空指针异常,如果是包装类型就不会出错System.out.println(threadLocalNPE.get());Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {threadLocalNPE.set();System.out.println(threadLocalNPE.get());}});thread1.start();}
}
6.4 空指针异常问题的解决
如果get方法返回值为基本类型,则会报空指针异常,如果是包装类型就不会出错。这是因为基本类型和包装类型存在装箱和拆箱的关系,造成空指针问题的原因在于使用者。
6.5 共享对象问题
如果在每个线程中ThreadLocal.set()进去的东西本来就是多个线程共享的同一对象,比如static对象,那么多个线程调用ThreadLocal.get()获取的内容还是同一个对象,还是会发生线程安全问题。
6.6 可以不使用ThreadLocal就不要强行使用
如果在任务数很少的时候,在局部方法中创建对象就可以解决问题,这样就不需要使用ThreadLocal。
6.7 优先使用框架的支持,而不是自己创造
例如在Spring框架中,如果可以使用RequestContextHolder,那么就不需要自己维护ThreadLocal,因为自己可能会忘记调用remove()方法等,造成内存泄漏。
本文仅为自己学习时记下的笔记,参考自慕课:
https://coding.imooc.com/class/409.html
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