【九】线程副本ThreadLocal，及WeakHashMap

实现多线程安全的三种方法，

1. 使用锁机制 synchronize、lock方式：为资源加锁，可参考我前面文章。

2. 使用 java.util.concurrent 下面的类库：有JDK提供的线程安全的集合类：AtomicInteger、AtomicStampedReference、ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、ReentrantLock，FutureTask，CountDownLatch。

3. 多实例、或者是多副本（ThreadLocal）：ThreadLocal可以为每个线程的维护一个私有的本地变量。

 

这里主要讲讲ThreadLocal：

ThreadLocal解决多线程的并发问题的思路很简单：就是为每一个线程维护一个副本变量，从而让线程拥有私有的资源，就不再需要去竞争进程中的资源。每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

在多线程环境下，如何防止自己的变量被其他线程篡改？

api：

void set(T value)：将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。

T get()：返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。

void remove()：移除此线程局部变量当前线程的值。

 

1、ThreadLocal 的底层实现是用ThreadLocalMap（它是ThreadLocal的静态内部类，ThreadLocalMap中的Entry继承WeakReference），每一个线程都存在一个ThredLocalMap，其中的元素的 key 值为当前的ThreadLocal对象，而值对应线程的变量副本 。当调用 get、set 方法时，使用的是当前在运行的线程的ThreadLocalMap对象，从而可以获取、设置当前在运行的线程的私有变量。

部分源码：

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained

* by the ThreadLocal class. */

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

2、当我们在调用get()方法的时候，先获取当前线程，然后获取到当前线程的ThreadLocalMap对象，再根据当前的ThreadLocal对象，获取到Entry，如果非空，那么取出ThreadLocal的value，否则进行初始化，初始化就是将initialValue的值set到ThreadLocalMap中。

部分源码：

public T get() {

Thread t = Thread.currentThread();

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if (map != null) {

ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);

if (e != null)

return (T)e.value;

}

return setInitialValue();

}



private T setInitialValue() {  

    T value = initialValue();  //null

    Thread t = Thread.currentThread();  

    ThreadLocalMap map = getMap(t);  

    if (map != null)  

        map.set(this, value);  

    else  

        createMap(t, value);  

    return value;  

}  

3、当我们调用set()方法的时候，很常规，就是将值设置进ThreadLocal中。跟get（）方法差不多。

public void set(T value) {

        Thread t = Thread.currentThread();

        ThreadLocalMap map = getMap(t);

        if (map != null)

            map.set(this, value);

        else

            createMap(t, value);

    }

 

eg：

public class MyTest {

//一般将ThreadLocal的对象修饰为static对象，方便多个线程共享

public static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<>();

public static void main(String[] args) {

    Thread t1 = new Thread(new MyTask());

    Thread t2 = new Thread(new MyTask());

    Thread t3 = new Thread(new MyTask());

    //启动3个线程

    t1.start();

    t2.start();

    t3.start();

}

}

class MyTask implements Runnable{

    @Override

    public void run() {

        MyTest.threadLocal.set("0");

        //线程计算5次

         for(int i=1;i<5;i++){

             MyTest.threadLocal.set( MyTest.threadLocal.get().toString()+i);

         }

         System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"的计算结果:"+MyTest.threadLocal.get());

    }

}

运行结果：

线程Thread-1的计算结果:01234

线程Thread-0的计算结果:01234

线程Thread-2的计算结果:01234

是不是感觉好神奇！3个线程都是使用同一个 ThreadLocal的静态变量对象 来存储或者获取值，但是3个线程的计算结果却是互不影响，相互独立。 没错，这就是ThreadLocal的解决并发的方式，它为每个线程维护着一个线程的私有变量，同时，它又可以被所有线程所共享。

 

ThreadLocalMap源码：在插入过程中，

private void set(ThreadLocal key, Object  value) {

            // We don't use a fast path as with  get() because it is at

            // least as common to use set() to  create new entries as

            // it is to replace existing ones,  in which case, a fast

            // path would fail more often than  not.

            Entry[] tab = table;

            int len = tab.length;

            int i = key.threadLocalHashCode &  (len-1);

            for (Entry e = tab[i];

                 e != null;

                 e = tab[i = nextIndex(i, len)])  {

                ThreadLocal k = e.get();

                if (k == key) {

                    e.value = value;

                    return;

                }

                if (k == null) {

                    replaceStaleEntry(key,  value, i);

                    return;

                }

            }

            tab[i] = new Entry(key, value);

            int sz = ++size;

            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >=  threshold)

                rehash();

        }

根据ThreadLocal对象的hash值，定位到table中的位置i，过程如下： 1、如果当前位置是空的，那么正好，就初始化一个Entry对象放在位置i上； 2、不巧，位置i已经有Entry对象了，如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key，那么重新设置Entry中的value； 3、很不巧，位置i的Entry对象，和即将设置的key没关系，那么只能找下一个空位置；

长度和hashMap的长度相同（16），但是数组中的元素Entry不是一个链表。

 

Entry源码(ThreadLocalMap的静态内部类):

static class Entry extends  WeakReference> {

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

            Object value;

            Entry(ThreadLocal k, Object v) {

                super(k);

                value = v;

            }

        }

内存泄漏问题：程序申请内存之后，无法释放已经申请的内存空间，也无法使用该内存空间，多次内存泄漏就会导致内存溢出。

可能会发生内存泄漏，由于Entry中的key是弱引用的，如果发生GC那么key就会被回收掉，此时ThreadLocalMap中就会存在key为null的Entry，但却无法访问key为null的Entry的value值，如果线程还未结束的话，该Entry就不会回收，发生内存泄漏。

解决内存泄漏问题：

调用ThreadLocal的get()、set()可能会清除ThreadLocalMap中key为null的Entry对象（get方法如果没有找到对应的Entry那么就会重新设置给ThreadLocal设置一个null值，set方法可能会将原来的Entry覆盖掉），这样对应的value就没有GC Roots可达了，下次GC的时候就可以被回收，当然如果调用remove方法，肯定会删除对应的Entry对象。

 

WeakHashMap如何解决内存泄漏问题：

WeakHashMap$Entry:

private static class Entry extends  WeakReference