深入ThreadLocal的内部机制

wangjianme 10年前

深入ThreadLocal的内部机制

早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocalThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。ThreadLocal并不是一个Thread,而是Thread的局部变量。当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本。

ThreadLocal的接口方法:

void set(Object value):设置当前线程的线程局部变量的值。

public Object get():该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

public void remove():将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存的占用,该方法是JDK 5.0新增的方法。

需要指出的是,当线程结束后,对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,

所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作,但它可以加快内存回收的速度。

protected Object initialValue():返回该线程局部变量的初始值,该方法是一个protected的方法,显然是为了让子类覆盖而设计的。

这个方法是一个延迟调用方法,在线程第1次调用get()set(Object)时才执行,

并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null

JDK5.0中,ThreadLocal已经支持泛型,该类的类名已经变为ThreadLocal<T>

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?其实实现的思路很简单:在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每一个线程的变量副本

模拟ThreadLocal代码清单:

package cn.itcast.ref;

import java.util.Collections;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import java.util.Random;

public class MyThreadLocal {

    //使用同步的map维护对象

    private static Map<Thread,Object> map =

              Collections.synchronizedMap(new HashMap<Thread,Object>());

    public static Object get(){

       //获取当前线程

       Thread currentThread = Thread.currentThread();

       Object o = map.get(currentThread);

       if(o==null){

           o = new Random().nextInt(100);//假设是一个随机数

           map.put(currentThread, o);

       }

       return o;

    }

    public static void remove(){

       Thread currentThread = Thread.currentThread();

       if(map.containsKey(currentThread)){

           map.remove(currentThread);

       }

    }

}

虽然这个ThreadLocal实现版本显得比较幼稚,但它和JDK所提供的ThreadLocal类在实现思路上是相近的。

 

测试代码清单:

    @Test

    public void testMyThreadLocal(){

       Object o1 = MyThreadLocal.get();

       Object o2 = MyThreadLocal.get();

       //以下因为是同一个线程所有值相同

       System.err.println(o1+","+o2);

       new Thread(){

           public void run() {

              //在新的线程中获取对象为不同的值

              Object o3 = MyThreadLocal.get();

              System.err.println("o3:"+o3);

           };

       }.start();

    }

 

12.1、何时清除对象的问题

       ThreadLocal可以很好的维护线程局部的对象,那么它是如何做到及时将对象从内存中回收的呢?

       遍观ThreadLocal的源代码可知,ThreadLocal是通过弱引用实现对象可以在内存被及时清回收的,以下是从ThreadLocal内部类Entry的源代码,可见Entry内部是WeakReferences(弱引用)的子类,即一个弱引用而已:

        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {

            /** The value associated with this ThreadLocal. */

            Object value;

            Entry(ThreadLocal k, Object v) {

                super(k);

                value = v;

            }

        }

 

12.2、对象的引用

JDK1.2版本开始,把对象的引用分为四种级别,从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这四种级别由高到低依次为:强引用、软引用、弱引用和虚引用。

1.强引用

本章前文介绍的引用实际上都是强引用,这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,那就类似于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不会回收它。当内存空 间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

2.软引用(SoftReference

如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它,如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

3.弱引用(WeakReference

如果一个对象只具有弱引用,那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程, 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

4.虚引用(PhantomReference

"虚引用"顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃 圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是 否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

为弱引用使用较多:

弱引用的示例代码:

    /**

     * 弱引用的示例

     */

    @Test

    public void testRef2() throws Exception{

       //声明一个引用队列

       ReferenceQueue<Person> pp = new ReferenceQueue<Person>();

       //声明一个弱引用对象,引用一个Person对象

       WeakReference<Person> rq = new WeakReference<Person>(new Person("弱引用"),pp);

       //催促垃圾回收,由于Person没有被任何变量引用,所以会被回收

       System.gc();

       //给垃圾回收器留出足够的时间

       Thread.sleep(1000);

       //被回收以后,获取到的p对象将变成null

       Person p = rq.get();

       System.err.println("ppp:"+p);

       //被回收以后的对象,将会放到回收队列中,但已经不可以再使用

       Reference<? extends Person> ref= pp.poll();

       //如果有对象已经被回收,则返回一个对象,否则返回null

       System.err.println(">>:"+ref);

    }

 

模拟使用弱引用实现的ThreadLoale

package cn.itcast.ref;

import java.lang.ref.WeakReference;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

public class MyThreadLocale{

    //声明为实例成员变量

    private Map<MyThreadLocale, WeakReference<Object>> mm

           = new HashMap<MyThreadLocale, WeakReference<Object>>();

    public void set(Object t){

       mm.put(this,new WeakReference<Object>(t));

    }

    public Object get(){

       WeakReference<Object> wk = mm.get(this);

       if(wk==null){

           return null;

       }else{

           Object o = wk.get();

           return o;

       }

    }

}

 

测试代码:

    @Test

    public void testWeak(){

       MyThreadLocale mm = new MyThreadLocale();

       mm.set(new Dog("Jack"));

       Object o = mm.get();//只要是被强引用就不会被回收

       System.gc();

       Object oo = mm.get();

       System.err.println("返回的值为:"+oo);

    }

以下是Dog类:

class Dog{

    private String name;

    public Dog(String name){

       this.name=name;

    }

    @Override

    public String toString() {

       return "Dog [name=" + name + "]";

    }

    @Override

    protected void finalize() throws Throwable {

       System.err.println("OKOKOKK");

    }

}