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# ThreadLocal夺命4问

摘要:一个折磨很多人的问题

原创:小姐姐味道(微信公众号ID:xjjdog),欢迎分享,转载请保留出处。

阅读本文需要首先大体了解ThreadLocal。不啰嗦,直接进入正题。

标签:【各种级别】【Java】【源码】

# 1. 问

连环四问:

  • ThreadLocal的原理?
  • 内存泄漏的原因?
  • InheritableThreadLocal用过吗?
  • Netty的FastThreadLocal是什么?

# 2. 分析

ThreadLocal作为实现“线程封闭”的最主要的编程手段,经常被使用。比如,比如,传统的SimpleDateFormat,不是线程安全的。如果你声明成全局变量,在并发环境下就会产生时间错乱。一种好的解决方式,就是使用ThreadLocal。

ThreadLocal使用非常广泛。比如,Spring的事务管理,就是通过它实现的。但它的弱点也是有的,不能透传(不能被子线程获取),所以催生了InheritableThreadLocal,甚至更高级的封装库。

# 3. 答

# 3.1 ThreadLocal的原理?

看过源码就不难回答。如下图(这张图最易懂),ThreadLocal的getremove方法,只不过是一个使用的快捷方式。它的真正数据,是存在于线程中的一个叫做ThreadLocalMap的结构里。

一个ThreadLocal的值,会根据线程的不同,分散在N个线程中。所以获取ThreadLocal的Value,有两个步骤。

  • 第一步,根据线程获取Map
  • 第二部,根据自身从Map中获取值,所以它的this就是Map的Key

这没什么原理。这就是一个为了照顾编码习惯的数据结构。

# 3.2 内存泄漏的原因?

严格来说,ThreadLocal没有内存泄漏问题。有的话,那就是你忘记执行remove方法。这是不正确使用引起的。

这和其他一些内存泄漏的问题是一致的,比如:

  • 流没有关闭
  • 连接没有断开
  • 滥用static map

为什么会有泄漏问题?

如果你不调用remove方法的话,ThreadLocal所对应的值,就会存在,一直到当前线程的销毁。

众所周知,线程的生命周期都比较长,加上现在普遍使用的线程池,会让线程的生命更加长。不remove,当然不会释放。这和Key,到底是不是弱引用,关系不大。

那这种情况,属不属于泄漏问题,是一个咬字眼的问题。面试的过程是探讨,并不一定要标准的答案。

比起内存泄漏问题,线程池所引起的数据错乱问题,更加应该引起关心。因为放在ThreadLocal的数据,肯定不会很大,泄漏顶多占用一点内存而已;而数据错乱,可是会引起业务Bug的。

# 3.3 InheritableThreadLocal用过吗?

InheritableThreadLocal在父子线程传递值的时候用到过,解决了threadlocal不能在父子线程间传值的问题。

这个在本质上,还是通过Thread来实现的。通过两个Map来进行属性拷贝。

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

    /*
     * InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is
     * maintained by the InheritableThreadLocal class.
     */
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;

不要高兴太早,对于使用线程池的情况,由于会缓存线程,线程是缓存起来反复使用的。这时父子线程关系的上下文传递,已经没有意义。

附加问:你如何解决的?

阿里这里有个库,https://github.com/alibaba/transmittable-thread-local 专门解决变量跨线程共享。如果你面的阿里,不妨顺便舔一把。

# 3.4 Netty的FastThreadLocal是什么

既然Java中有了ThreadLocal类了,为什么Netty还自己创建了一个叫做FastThreadLocal的结构?

我们首先来看一下ThreadLocal的实现。

Thread类中,有一个成员变量threadLocals,存放了与本线程相关的所有自定义信息。对这个变量的定义在Thread类,而操作却在ThreadLocal类中。

问题就出在ThreadLocalMap类上,它虽然叫Map,但却没有实现Map的接口。如图,ThreadLocalMap在rehash的时候,并没有采用类似HashMap的数组+链表+红黑树的做法,它只使用了一个数组,使用开放寻址(遇到冲突,依次查找,直到空闲位置)的方法,这种方式是非常低效的。

由于Netty对ThreadLocal的使用非常频繁,Netty对它进行了专项的优化。它之所以快,是因为在底层数据结构上做了文章,使用常量下标对元素进行定位,而不是使用JDK默认的探测性算法。

底层的InternalThreadLocalMap对cacheline也做了相应的优化。

# 4. 扩展

「底层」你的也是我的。3例ko多线程,局部变量透传 (opens new window)

上面是一篇关于变量透传的文章,比较深入,可以看下。

作者简介:小姐姐味道 (xjjdog),一个不允许程序员走弯路的公众号。聚焦基础架构和Linux。十年架构,日百亿流量,与你探讨高并发世界,给你不一样的味道。我的个人微信xjjdog0,欢迎添加好友,​进一步交流。​


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