并发编程（四）：ThreadLocal从源码分析总结到内存泄漏

1、目录

     一、ThreadLocal是什么？有什么用？

     二、ThreadLocal源码简要总结？

     三、ThreadLocal为何会致使内存泄漏？

2、ThreadLocal是什么？有什么用？

引入话题：在并发条件下，如何正确得到共享数据？举例：假设有多个用户须要获取用户信息，一个线程对应一个用户。在mybatis中，session用于操做数据库，那么设置、获取操做分别是session.set()、session.get()，如何保证每一个线程都能正确操做达到想要的结果？

/**
 * 回顾synchronized在多线程共享线程的问题
 * @author qiuyongAaron
 */
public class ThreadLocalOne {
     volatile Person person=new Person();
 
     public  synchronized String setAndGet(String name){
          //System.out.print(Thread.currentThread().getName()+":");
           person.name=name;
           //模拟网络延迟
           try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
           }
           return person.name;
     }
 
     public static void main(String[] args) {
           ThreadLocalOne  threadLocal=new ThreadLocalOne();
           new Thread(()->System.out.println(threadLocal.setAndGet("arron")),"t1").start();
           new Thread(()->System.out.println(threadLocal.setAndGet("tony")),"t2").start();
     }
}
 
class Person{
     String name="tom";
     public Person(String name) {
           this.name=name;
     }
 
     public Person(){}
}
 
运行结果：
无synchronized：
t1:tony
t2:tony
 
有synchronized：
t1:arron
t2:tony

步骤分析：

1. 无synchronized的时候，由于非原子操做，显然不是预想结果，可参考我关于synchronized的讨论。
2. 如今，咱们的需求是：每一个线程独立的设置获取person信息，不被线程打扰。
3. 由于，person是共享数据，用同步互斥锁synchronized，当一个线程访问共享数据的时候，其余线程堵塞，再也不多余赘述。

 

经过举例问题，可能你们又会很疑惑？

mybatis、hibernate是如何实现的呢？

synchronized不会很消耗资源，当成千上万个操做的时候，承受并发不说，数据返回延迟如何确保用户体验？

 

ThreadLocal是什么？有什么用？

/**
 * 谈谈ThreadLocal的做用
 * @author qiuyongAaron
 */
public class ThreadLocalThree {
     ThreadLocal<Person> threadLocal=new ThreadLocal<Person>();
     public String setAndGet(String name){
           threadLocal.set(new Person(name));
           try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
           }
           return threadLocal.get().name;
     }
 
     public static void main(String[] args) {
           ThreadLocalThree  threadLocal=new ThreadLocalThree();
           new Thread(()->System.out.println("t1:"+threadLocal.setAndGet("arron")),"t1").start();
           new Thread(()->System.out.println("t2:"+threadLocal.setAndGet("tony")),"t2").start();
     }
}
运行结果：
t1:arron
t2:tony

 

分析：

一、根据预期结果，那ThreadLocal究竟是什么？

回顾Java内存模型：

　　

      在虚拟机中，堆内存用于存储共享数据（实例对象），堆内存也就是这里说的主内存。

     每一个线程将会在堆内存中开辟一块空间叫作线程的工做内存，附带一块缓存区用于存储共享数据副本。那么，共享数据在堆内存当中，线程通讯就是经过主内存为中介，线程在本地内存读而且操做完共享变量操做完毕之后，把值写入主内存。

1. ThreadLocal被称为线程局部变量，说白了，他就是线程工做内存的一小块内存，用于存储数据。
2. 那么，ThreadLocal.set()、ThreadLocal.get()方法，就至关于把数据存储于线程本地，取也是在本地内存读取。就不会像synchronized须要频繁的修改主内存的数据，再把数据复制到工做内存，也大大提升访问效率。

 

二、ThreadLocal到底有什么用？

1. 回到最开始的举例，也就等价于mabatis、hibernate为何要使用threadlocal来存储session？
2. 做用一：由于线程间的数据交互是经过工做内存与主存的频繁读写完成通讯，然而存储于线程本地内存，提升访问效率，避免线程阻塞形成cpu吞吐率降低。
3. 做用二：在多线程中，每个线程都须要维护session，轻易完成对线程独享资源的操做。

 

总结：

     Threadlocal是什么？在堆内存中，每一个线程对应一块工做内存，threadlocal就是工做内存的一小块内存。

     Threadlocal有什么用？threadlocal用于存取线程独享数据，提升访问效率。

3、ThreadLocal源码简要总结？

那有同窗可能仍是有点云里雾里，感受仍是没有吃透？那线程内部如何去保证线程独享数据呢？

 

在这里，我只作简要总结，如有兴趣，可参考文章尾部的文章连接。重点看get、set方法。

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

分析：

1. 一个线程对应一个ThreadLocalMap ，能够存储多个ThreadLocal对象。
2. ThreadLocal对象做为key、独享数据做为value。
3. ThreadLocalMap可参考HashMap，在ThreadMap里面存在Entry数组也就是一个Entry一个键值对。

 

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();
    }

分析：

1. 一个线程对应一个ThreadLocalMap，get()就是当前线程获取本身的ThreadLocalMap。
2. 线程根据使用那一小块的threadlocal，根据ThreadLocal对象做为key，去获取存储于ThreadLocalMap中的值。

 

总结：

     回顾一下，咱们在单线程中如何使用HashMap的？hashMap根据数组+链表来实现HashMap，一个key对应一个value。那么，咱们抽象一下，Threadlocal也至关于在多线程中的一种HashMap用法，至关于对ThradLocal的操做也就如单线程操做同样。

     总之，ThreadLocal就是堆内存的一块小内存，它用ThreadLocalMap维护ThreadLocal对象做为key，独享数据做为value的东西。

 

4、ThreadLocal为何会致使内存泄漏？

synchronized是用时间换空间、ThreadLocal是用空间换时间，为何这么说？

由于synchronized操做数据，只须要在主存存一个变量便可，就阻塞等共享变量，而ThreadLocal是每一个线程都建立一块小的堆工做内存。显然，印证了上面的说法。

 

一个线程对应一块工做内存，线程能够存储多个ThreadLocal。那么假设，开启1万个线程，每一个线程建立1万个ThreadLocal，也就是每一个线程维护1万个ThreadLocal小内存空间，并且当线程执行结束之后，假设这些ThreadLocal里的Entry还不会被回收，那么将很容易致使堆内存溢出。

 

怎么办？难道JVM就没有提供什么解决方案吗？

ThreadLocal固然有想到，因此他们把ThreadLocal里的Entry设置为弱引用，当垃圾回收的时候，回收ThreadLocal。

什么是弱引用？

1. Key使用强引用：也就是上述说的状况，引用的ThreadLocal的对象被回收了，ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key为强引用并无被回收，若是不手动回收的话，ThreadLocal将不会回收那么将致使内存泄漏。
2. Key使用弱引用：引用的ThreadLocal的对象被回收了，ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key为弱引用，若是内存回收，那么将ThreadLocalMap的Key将会被回收，ThreadLocal也将被回收。value在ThreadLocalMap调用get、set、remove的时候就会被清除。
3. 比较两种状况，咱们能够发现：因为ThreadLocalMap的生命周期跟Thread同样长，若是都没有手动删除对应key，都会致使内存泄漏，可是使用弱引用能够多一层保障：弱引用ThreadLocal不会内存泄漏，对应的value在下一次ThreadLocalMap调用set,get,remove的时候会被清除。

 

那按你这么说，既然JVM有保障了，还有什么内存泄漏可言？

ThreadLocalMap使用ThreadLocal对象做为弱引用，当垃圾回收的时候，ThreadLocalMap中Key将会被回收，也就是将Key设置为null的Entry。若是线程迟迟没法结束，也就是ThreadLocal对象将一直不会回收，回顾到上面存在不少线程+TheradLocal，那么也将致使内存泄漏。

 

其实，在ThreadLocal中，当调用remove、get、set方法的时候，会清除为null的弱引用，也就是回收ThreadLocal。

总结：

1. JVM利用设置ThreadLocalMap的Key为弱引用，来避免内存泄露。
2. JVM利用调用remove、get、set方法的时候，回收弱引用。
3. 当ThreadLocal存储不少Key为null的Entry的时候，而再也不去调用remove、get、set方法，那么将致使内存泄漏。
4. 当使用static ThreadLocal的时候，延长ThreadLocal的生命周期，那也可能致使内存泄漏。由于，static变量在类未加载的时候，它就已经加载，当线程结束的时候，static变量不必定会回收。那么，比起普通成员变量使用的时候才加载，static的生命周期加长将更容易致使内存泄漏危机。http://www.importnew.com/22039.html

 五、版权声明

　　做者：邱勇Aaron

　　出处：http://www.cnblogs.com/qiuyong/

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　　参考：马士兵并发编程、并发编程实践

　　　　　ThreadLocal源码分析：http://www.cnblogs.com/digdeep/p/4510875.html

　　　　　ThradLocal内存分析实例：http://blog.xiaohansong.com/2016/08/09/ThreadLocal-leak-analyze/

　　　　　ThreadLoal致使内存泄漏：http://www.importnew.com/22039.html