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ThreadLocal剧集(一)

胡说叔叔
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总述

    最近做了一个日志调用链路跟踪的项目,涉及到操作标识在线程和子线程,线程池以及远程调用之间的传递问题。最终采用了阿里开源的TransmittableThreadLocal插件(https://github.com/alibaba/transmittable-thread-local)完美解决。在分析源码以及中途修复bug的过程中,被ThreadLocal搞得晕头转向。好在静下心来细细啃了一下午,终于能理解各种ThreadLocal相关问题了。这里准备用博客记录下来。



关于弱引用

    要想了解ThreadLocal的底层原理首先就要了解弱引用。本篇不会详细介绍是强引用,啥是弱引用、软引用以及虚幻引用,有兴趣的同学可以自己百度。这里直接给出弱引用的简单代码说明:

Object obj = new Object();
WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);  // 对堆内存中对象建立一个弱引用obj = null;                 // 去掉堆中对象的强引用System.gc();                                    
System.out.println(wf.get());       // 输出null

可以看到弱引用的作用就在于当堆内存中对象不存在强引用的时候,在下一次gc的时候可能会回收掉堆内存占用。



走进ThreadLocal

    了解了弱引用之后,其实就能够很好地理解ThreadLocal(题外话:其实这个ThreadLocal我摸索了好久才弄得比较透彻)。直接上代码:

    首先我们需要注意Thread类中的两个属性:

public class Thread implements Runnable {    // ....
    
    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    // ThreadLocal实际值的存储所在
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;    /*
     * InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is
     * maintained by the InheritableThreadLocal class.
     */
    // 后面要将的InheritableThreadLocal的实际值存储所在
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
}

这两个属性特别关键:

  • 他是每个线程所特有的

  • 两个属性的类型是ThreadLocal的内部静态类

他们是ThreadLocal的神奇魔法之关键~

    接下来我们来看看ThreadLocal的关键方法:

/**
 * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
 * to the specified value.  Most subclasses will have no need to
 * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
 * method to set the values of thread-locals.
 *
 * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
 *        this thread-local.
 */public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);    if (map != null)
        map.set(this, value);    else
        createMap(t, value);
}/**
 * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
 * InheritableThreadLocal.
 *
 * @param t the current thread
 * @param firstValue value for the initial entry of the map
 */void createMap(Thread t, T firstValue) {    // set时候的关键,实际上是创建一个当前ThreadLocal的弱引用为key的Map
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}/**
 * Returns the value in the current thread's copy of this
 * thread-local variable.  If the variable has no value for the
 * current thread, it is first initialized to the value returned
 * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
 *
 * @return the current thread's value of this thread-local
 */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();
}/**
 * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
 * InheritableThreadLocal.
 * 最为关键的方法: 可以看出getMap实际上就是得到传入线程的threadLocals属性的值
 * @param  t the current thread
 * @return the map
 */ThreadLocalMap getMap(Thread t) {    return t.threadLocals;
}/**
* Removes the current thread's value for this thread-local
* variable.  If this thread-local variable is subsequently
* {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be
* reinitialized by invoking its {@link #initialValue} method,
* unless its value is {@linkplain #set set} by the current thread
* in the interim.  This may result in multiple invocations of the
* {@code initialValue} method in the current thread.
*
* @since 1.5
*/public void remove() {
 ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); if (m != null)
     m.remove(this);
}

不难看出,所有方法都是围绕着一个ThreadLocalMap来操作的,那么这个ThreadLocalMap究竟是啥,我们进一步来分析:

/**
 * ThreadLocalMap is a customized hash map suitable only for
 * maintaining thread local values. No operations are exported
 * outside of the ThreadLocal class. The class is package private to
 * allow declaration of fields in class Thread.  To help deal with
 * very large and long-lived usages, the hash table entries use
 * WeakReferences for keys. However, since reference queues are not
 * used, stale entries are guaranteed to be removed only when
 * the table starts running out of space.
 */static class ThreadLocalMap {    /**
     * The entries in this hash map extend WeakReference, using
     * its main ref field as the key (which is always a
     * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
     * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
     * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
     * as "stale entries" in the code that follows.
     */
    // 实际上他的存储也是利用Entry结构来进行的,只不过这个Entry的key值是弱音用对象,实际上可以将ThreadLocalMap看做WeakHashMap
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {        /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;

        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {            super(k);
            value = v;
        }
    }
}




至此,我们已经知道了ThreadLocal是如何实现的了,具体来说是下面几个关键点:

  • ThreadLocal本身并不存储值,而是作为ThreadLocalMap的key用来查找对象所存储的值的

  • 用来存储值的ThreadLocalMap是每个线程都有的非静态属性,当前线程实例该属性的值对其他线程实例是不可见的,这也就实现了线程隔离

  • ThreadLocal的get方法实际上是先获取当前线程的ThreadLocalMap属性值,然后再通过ThreadLocal作为key获取实际上存储在Map中的值

  • 因为ThreadLocalMap的Key是软引用的,所以如果ThreadLocal不存在强引用且线程被回收的话,存储在已回收线程ThreadLocalMap中的值也是会被回收的。这一点是通过两方面来实现的:1. Key是软引用,当没有强引用指向ThreadLocal时,ThreadLocalMap的以该ThreadLocal作为key的Entry中key会在gc时被回收置为null 2. 调用ThreadLocal的set/get/remove方法的时候会触发Entry的expungeStaleEntry方法,方法会将key为null的value值回收

作者:Secondworld

原文出处:https://www.cnblogs.com/Kidezyq/p/10462084.html  

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