面试大厂肯定离不开的——ThreadLocal,它的实现原理你知道吗?
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使用场景
假设我们有一个数据库连接管理类:
class ConnectionManager { private static Connection connect = null; private static String url = System.getProperty("URL"); public static Connection openConnection() { if(connect == null){ try { connect = DriverManager.getConnection(url); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } return connect; } public static void closeConnection() { if(connect!=null) { try { connect.close(); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } }}
假如这个类被用在多线程环境内,则会存在线程安全问题,那么可以对这两个方法增加synchronized关键字进行同步解决,不过这样会大大降低程序的性能,也可以将connection变成局部变量:
class ConnectionManager { private Connection connect = null; public Connection openConnection(String url) { if(connect == null){ try { connect = DriverManager.getConnection(url); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } return connect; } public void closeConnection() { if(connect!=null) { try { connect.close(); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } }}class ConnectionManagerTest { private String url = System.getProperty("URL"); public void insert() { ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager(); Connection connection = connectionManager.openConnection(this.url); //使用connection进行操作 connectionManager.closeConnection(); } public void update() { ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager(); Connection connection = connectionManager.openConnection(this.url); //使用connection进行操作 connectionManager.closeConnection(); }}
每个CURD方法都创立新的数据库连接会造成数据库的很大压力,这里可以有两种处理方案:
使用连接池管理连接,既不是每次都创立、销毁连接,而是从一个连接池里借出可用的连接,用完将其归还。
可以看到,这里connection的建立最好是这样的:每个线程希望有自己独立的连接来避免同步问题,在线程内部希望共用同一个连接来降低数据库的压力,那么使用ThreadLocal来管理数据库连接就是最好的选择了。它为每个线程维护了一个自己的连接,并且可以在线程内共享。
class ConnectionManager { private static String url = System.getProperty("URL"); private static ThreadLocalconnectionHolder = ThreadLocal.withInitial(() -> { try { return DriverManager.getConnection(url); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } return null; }); public static Connection openConnection() { return connectionHolder.get(); } public static void closeConnection() { Connection connect = connectionHolder.get(); if(connect!=null) { try { connect.close(); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } }}
另外还可以用到其余需要每个线程管理一份自己的资源副本的地方:An Introduction to ThreadLocal in Java
实现原理
这里面涉及到三种对象的映射:Thread-ThreadLocal对象-ThreadLocal中存的具体内容,既然是每个线程都会有一个资源副本,那么这个从ThreadLocal对象到存储内容的映射自然就会存在Thread对象里:
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
而ThreadLocal类只是提供了访问这个Map的接口:
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();}public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value);}
这个ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类,实现了一个相似HashMap的功能,其内部维护了一个Entry数组,下标就是通过ThreadLocal对象的threadLocalHashCode计算得来。这个Entry继承自WeakReference,实现对key,也就是ThreadLocal的弱引用:
static class Entry extends WeakReference<threadlocal /** The value associated with this ThreadLocal. */ Object value; Entry(ThreadLocal k, Object v) { super(k); value = v; }}</threadlocal
内存模型图如下:
当ThreadLocal Ref出栈后,因为ThreadLocalMap中Entry对ThreadLocal只是弱引用,所以ThreadLocal对象会被回收,Entry的key会变成null,而后在每次get/set/remove ThreadLocalMap中的值的时候,会自动清除key为null的value,这样value也能被回收了。
注意:假如ThreadLocal Ref一直没有出栈(例如上面的connectionHolder,通常我们需要保证ThreadLocal为单例且全局可访问,所以设为static),具备跟Thread相同的生命周期,那么这里的虚引用便形同虚设了,所以使用完后记得调用ThreadLocal.remove将其对应的value清理。
另外,因为ThreadLocalMap中只对ThreadLocal是弱引用,对value是强引用,假如ThreadLocal由于没有其余强引用而被回收,之后也没有调用过get/set,那么就会产生内存泄露,
在使用线程池时,线程会被复用,那么里面保存的ThreadLocalMap同样也会被复用,会造成线程之间的资源没有被隔离,所以在线程归还回线程池时要记得调用remove方法。
hash冲突
上面提到ThreadLocalMap是自己实现的相似HashMap的功能,当出现Hash冲突(通过两个key对象的hash值计算得到同一个数组下标)时,它没有采用链表模式,而是采用的线性探测的方法,既当发生冲突后,就线性查找数组中空闲的位置。
当数组较大时,这个性能会很差,所以建议尽量控制ThreadLocal的数量。
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