使用Java8模块环境,编制ThreadLocal源码输出模式,新的模拟type类别的开发并发
2021-05-12 08:29
标签:target 初始 for check rem hash protect 类别 构造 我们知道,变量从作用域范围进行分类,可以分为“全局变量”、“局部变量”两种: 1.全局变量(global variable),比如类的静态属性(加static关键字),在类的整个生命周期都有效; 2.局部变量(local variable),比如在一个方法中定义的变量,作用域只是在当前方法内,方法执行完毕后,变量就销毁(释放)了; 使用全局变量,当多个线程同时修改静态属性,就容易出现并发问题,导致脏数据;而局部变量一般来说不会出现并发问题(在方法中开启多线程并发修改局部变量,仍可能引起并发问题); 再看ThreadLocal,可以用来保存局部变量,只不过这个“局部”是指“线程”作用域,也就是说,该变量在该线程的整个生命周期中有效。 关于ThreadLocal的使用场景,可以查看ThreadLocal的使用场景分析。 ThreadLocal使用非常简单。 ThreadLocal类中有一个内部类ThreadLocalMap,这个类特别重要,ThreadLocal的各种操作基本都是围绕ThreadLocalMap进行的。 对于ThreadLocalMap有来说,它内部定义了一个Entry内部类,有一个table属性,是一个Entry数组,他们有一些相似的地方,但是ThreadLocalMap和HashMap并没有什么关系。 先大概看一下内存关系图,不理解也没关系,看了后面的代码应该就能理解了: 大概解释一下,栈中的Thread ref(引用)堆中的Thread对象,Thread对象有一个属性threadlocals(ThreadLocalMap类型),这个Map中每一项(Entry)的value是ThreadLocal.set()的值,而Map的key则是ThreadLocal对象。 下面在介绍源码的时候,会从两部分进行介绍,先介绍ThreadLocal的常用api,然后再介绍ThreadLocalMap,因为ThreadLocal的api内部其实都是在操作ThreadLocalMap,所以看源码时一定要知道他们俩之间的关系。 ThreadLocal有3个属性,主要的功能就是生成ThreadLocal的hash值。 ThreadLocal类,只有一个无参构造器,如果需要是指默认值,则可以重写initialValue方法: 需要注意的是initialValue方法并不会在创建ThreadLocal对象的时候设置初始值,而是延迟执行:当ThreadLocal直接调用get时才会触发initialValue执行(get之前没有调用set来设置过值),initialValue方法在后面还会介绍。 下面这段代码只给出了ThreadLocal的set代码: 如果想立即了解ThreadLocalMap的set方法,则可点此跳转! 前面说过“重写ThreadLocal的initialValue方法来设置ThreadLocal的默认值,并不是在创建ThreadLocal的时候执行的,而是在直接get的时候执行的”,看了下面的代码,就知道这句话的具体含义了,感觉设计很巧妙: 一般是在ThreadLocal对象使用完后,调用ThreadLocal的remove方法,在一定程度上,可以避免内存泄露; 在介绍ThreadLocalMap的之前,强烈建议先了解一下线性探测算法,这是一种解决Hash冲突的方案,如果不了解这个算法就去看ThreadLocalMap的源码就会非常吃力,会感到莫名其妙。 链接在此:利用线性探测法解决hash冲突 ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类,ThreadLocalMap底层使用数组实现,每一个数组的元素都是Entry类型(在ThreadLocalMap中定义的),源码如下: ThreadLocalMap和HashMap类似,比较一下: a:底层都是使用数组实现,数组元素类型都是内部定义,Java8中,HashMap的元素是Node类型(或者TreeNode类型),ThreadLocalMap中的元素类型是Entry类型; b.都是通过计算得到一个值,将这个值与数组的长度(容量)进行与操作,确定Entry应该放到哪个位置; c.都有初始容量、负载因子,超过扩容阈值将会触发扩容;但是HashMap的初始容量、负载因子是可以更改的,而ThreadLocalMap的初始容量和负载因子不可修改; 注意Entry继承自WeakReference类,在实例化Entry时,将接收的key传给父类构造器(也就是WeakReference的构造器),WeakReference构造器又将key传给它的父类构造器(Reference): 关于Java的各种引用,可以参考:Java-强引用、软引用、弱引用、虚引用 创建ThreadLocalMap,是在第一次调用ThreadLocal的set或者get方法时执行,其中第一次未set值,直接调用get时,就会利用ThreadLocal的初始值来创建ThreadLocalMap。 ThreadLocalMap内部类的源码如下: ThreadLocal的set方法,其实核心就是调用ThreadLocalMap的set方法,set方法的流程比较长 上面最后几行代码涉及到清理陈旧Entry和rehash,这两块的代码在下面。 陈旧的Entry,是指Entry的key为null,这种情况下,该Entry是不可访问的,但是却不会被回收,为了避免出现内存泄漏,所以需要在每次get、set、replace时,进行清理陈旧的Entry,下面只给出一部分代码: 在rehash的时候,涉及到“线性探测法”,是一种用来解决hash冲突的方案,可以查看利用线性探测法解决hash冲突了解详情。 remove操作,是调用ThreadLocal.remove()方法时,删除当前线程的ThreadLocalMap中该ThreadLocal为key的Entry。 https://group.cnblogs.com/topic/93178.html https://group.cnblogs.com/179918/ https://group.cnblogs.com/topic/93179.html https://group.cnblogs.com/179917/ https://www.cnblogs.com/dsdgrh/articles/13140658.html https://www.cnblogs.com/dsdgrh/p/13140658.html 在学习ThreadLocal类源码的过程还是受益颇多的: 1.ThreadLocal的使用场景; 2.initialValue的延迟执行; 3.HashMap使用链表+红黑树解决hash冲突,ThreadLocalMap使用线性探测算法(开放寻址)解决hash冲突 另外,ThreadLocal还有一部分内容,是关于弱引用和内存泄漏的问题,我会继续写一篇博客进行总结。 使用Java8模块环境,编制ThreadLocal源码输出模式,新的模拟type类别的开发并发 标签:target 初始 for check rem hash protect 类别 构造 原文地址:https://www.cnblogs.com/dsdgrh/p/13140664.html一.介绍ThreadLocal
1.1ThreadLocal的功能
1.2ThreadLocal的使用示例
package
cn.ganlixin;
import
org.junit.Test;
import
java.util.Arrays;
import
java.util.List;
public
class
TestThreadLocal {
private
static
class
Goods {
public
Integer id;
public
List
}
@Test
public
void
testReference() {
Goods goods1 =
new
Goods();
goods1.id =
10
;
goods1.tags = Arrays.asList(
"healthy"
,
"cheap"
);
ThreadLocal
new
ThreadLocal();
threadLocal.set(goods1);
Goods goods2 = threadLocal.get();
System.out.println(goods1);
// cn.ganlixin.TestThreadLocal$Goods@1c655221
System.out.println(goods2);
// cn.ganlixin.TestThreadLocal$Goods@1c655221
goods2.id =
100
;
System.out.println(goods1.id);
// 100
System.out.println(goods2.id);
// 100
threadLocal.remove();
System.out.println(threadLocal.get());
// null
}
@Test
public
void
test2() {
// 一个线程中,可以创建多个ThreadLocal对象,多个ThreadLoca对象互不影响
ThreadLocal
new
ThreadLocal();
ThreadLocal
new
ThreadLocal();
// ThreadLocal存的值默认为null
System.out.println(threadLocal1.get());
// null
threadLocal1.set(
"this is value1"
);
threadLocal2.set(
"this is value2"
);
System.out.println(threadLocal1.get());
// this is value1
System.out.println(threadLocal2.get());
// this is value2
// 可以重写initialValue进行设置初始值
ThreadLocal
new
ThreadLocal
@Override
protected
String initialValue() {
return
"this is initial value"
;
}
};
System.out.println(threadLocal3.get());
// this is initial value
}
}
二.源码分析-ThreadLocal
2.1ThreadLocal类层级关系
2.2ThreadLocal的属性
// threadLocalHashCode用来表示当前ThreadLocal对象的hashCode,通过计算获得
private
final
int
threadLocalHashCode = nextHashCode();
// 一个AtomicInteger类型的属性,功能就是计数,各种操作都是原子性的,在并发时不会出现问题
private
static
AtomicInteger nextHashCode =
new
AtomicInteger();
// hash值的增量,不是随便指定的,被称为“黄金分割数”,能让hash结果均衡分布
private
static
final
int
HASH_INCREMENT =
0x61c88647
;
/**
* 通过计算,为当前ThreadLocal对象生成一个HashCode
*/
private
static
int
nextHashCode() {
// 获取当前nextHashCode,然后递增HASH_INCREMENT
return
nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
2.3创建ThreadLocal对象
public
ThreadLocal() {}
/**
* 初始值默认为null,要设置初始值,只需要设置为方法返回值即可
*
* @return ThreadLocal的初始值
*/
protected
T initialValue() {
return
null
;
}
2.4ThreadLocal-set操作
public
void
set(T value) {
// 获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
// 获取当前线程的ThreadLocalMap属性,ThreadLocal有一个threadLocals属性(ThreadLocalMap类型)
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if
(map !=
null
) {
// 如果当前线程有关联的ThreadLocalMap对象,则调用ThreadLocalMap的set方法进行设置
map.set(
this
, value);
}
else
{
// 创建一个与当前线程关联的ThreadLocalMap对象,并设置对应的value
createMap(t, value);
}
}
/**
* 获取线程关联的ThreadLocalMap对象
*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return
t.threadLocals;
}
/**
* 创建ThreadLocalMap
* @param t key为当前线程
* @param firstValue value为ThreadLocal.set的值
*/
void
createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals =
new
ThreadLocalMap(
this
, firstValue);
}
2.5ThreadLocal-get操作
public
T get() {
// 获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
// 获取当前线程对象的threadLocals属性
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 若当前线程对象的threadLocals属性不为空(map不为空)
if
(map !=
null
) {
// 当前ThreadLocal对象作为key,获取ThreadLocalMap中对应的Entry
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(
this
);
// 如果找到对应的Entry,则证明该线程的该ThreadLocal有值,返回值即可
if
(e !=
null
) {
@SuppressWarnings
(
"unchecked"
)
T result = (T) e.value;
return
result;
}
}
// 1.当前线程对象的threadLocals属性为空(map为空)
// 2.或者map不为空,但是未在map中查询到以该ThreadLocal对象为key对应的entry
// 这两种情况,都会进行设置初始值,并将初始值返回
return
setInitialValue();
}
/**
* 设置ThreadLocal初始值
*
* @return 初始值
*/
private
T setInitialValue() {
// 调用initialValue方法,该方法可以在创建ThreadLocal的时候重写
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
// 获取当前线程的threadLocals属性(map)
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if
(map !=
null
) {
// threadLocals属性值不为空,则进行调用ThreadLocalMap的set方法
map.set(
this
, value);
}
else
{
// 没有关联的threadLocals,则创建ThreadLocalMap,并在map中新增一个Entry
createMap(t, value);
}
// 返回初始值
return
value;
}
/**
* 初始值默认为null,要设置初始值,只需要设置为方法返回值即可
* 创建ThreadLocal设置默认值,可以覆盖initialValue方法,initialValue方法不是在创建ThreadLocal时执行,而是这个时候执行
*
* @return ThreadLocal的初始值
*/
protected
T initialValue() {
return
null
;
}
2.6ThreadLocal-remove操作
/**
* 删除当前线程中threadLocals属性(map)中的Entry(以当前ThreadLocal为key的)
*/
public
void
remove() {
// 获取当前线程的threadLocals属性(ThreadLocalMap)
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if
(m !=
null
) {
// 调用ThreadLocalMap的remove方法,删除map中以当前ThreadLocal为key的entry
m.remove(
this
);
}
}
三.ThreadLocalMap内部类
3.0 线性探测算法解决hash冲突
3.1Entry内部类
/**
* ThreadLocalMap中存放的元素类型,继承了弱引用类
*/
static
class
Entry
extends
WeakReference
// key对应的value,注意key是ThreadLocal类型
Object value;
Entry(ThreadLocal> k, Object v) {
super
(k);
value = v;
}
}
// 创建Reference对象,接受一个引用
Reference(T referent) {
this
(referent,
null
);
}
// 设置引用
Reference(T referent, ReferenceQueue
super
T> queue) {
this
.referent = referent;
this
.queue = (queue ==
null
) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}
3.2ThreadLocalMap的常量介绍
// ThreadLocalMap的初始容量
private
static
final
int
INITIAL_CAPACITY =
16
;
// ThreadLocalMap底层存数据的数组
private
Entry[] table;
// ThreadLocalMap中元素的个数
private
int
size =
0
;
// 扩容阈值,当size达到阈值时会触发扩容(loadFactor=2/3;newCapacity=2*oldCapacity)
private
int
threshold;
// Default to 0
3.3创建ThreadLocalMap对象
/**
* 初始化一个ThreadLocalMap对象(第一次调用ThreadLocal的set方法时创建),传入ThreadLocal对象和对应的value
*/
ThreadLocalMap(ThreadLocal> firstKey, Object firstValue) {
// 创建一个Entry数组,容量为16(默认)
table =
new
Entry[INITIAL_CAPACITY];
// 计算新增的元素,应该放到数组的哪个位置,根据ThreadLocal的hash值与初始容量进行"与"操作
int
i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY -
1
);
// 创建一个Entry,设置key和value,注意Entry中没有key属性,key属性是传给Entry的父类WeakReference
table[i] =
new
Entry(firstKey, firstValue);
// 初始容量为1
size =
1
;
// 设置扩容阈值
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
/**
* 设置扩容阈值,接收容量值,负载因子固定为2/3
*/
private
void
setThreshold(
int
len) {
threshold = len *
2
/
3
;
}
3.4 ThreadLocalMap的set操作
/**
* 为当前ThreadLocal对象设置value
*/
private
void
set(ThreadLocal> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int
len = tab.length;
// 计算新元素应该放到哪个位置(这个位置不一定是最终存放的位置,因为可能会出现hash冲突)
int
i = key.threadLocalHashCode & (len -
1
);
// 判断计算出来的位置是否被占用,如果被占用,则需要找出应该存放的位置
for
(Entry e = tab[i]; e !=
null
; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
// 获取Entry中key,也就是弱引用的对象
ThreadLocal> k = e.get();
// 判断key是否相等(判断弱引用的是否为同一个ThreadLocal对象)如果是,则进行覆盖
if
(k == key) {
e.value = value;
return
;
}
// k为null,也就是Entry的key已经被回收了,当前的Entry是一个陈旧的元素(stale entry)
if
(k ==
null
) {
// 用新元素替换掉陈旧元素,同时也会清理其他陈旧元素,防止内存泄露
replaceStaleEntry(key, value, i);
return
;
}
}
// map中没有ThreadLocal对应的key,或者说没有找到陈旧的Entry,则创建一个新的Entry,放入数组中
tab[i] =
new
Entry(key, value);
// ThreadLocalMap的元素数量加1
int
sz = ++size;
// 先清理map中key为null的Entry元素,该Entry也应该被回收掉,防止内存泄露
// 如果清理出陈旧的Entry,那么就判断是否需要扩容,如果需要的话,则进行rehash
if
(!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) {
rehash();
}
}
3.5清理陈旧Entry和rehash
/**
* 清理map中key为null的Entry元素,该Entry也应该被回收掉,防止内存泄露
*
* @param i 新Entry插入的位置
* @param n 数组中元素的数量
* @return 是否有陈旧的entry的清除
*/
private
boolean
cleanSomeSlots(
int
i,
int
n) {
boolean
removed =
false
;
Entry[] tab = table;
int
len = tab.length;
do
{
i = nextIndex(i, len);
Entry e = tab[i];
if
(e !=
null
&& e.get() ==
null
) {
n = len;
removed =
true
;
i = expungeStaleEntry(i);
}
}
while
((n >>>=
1
) !=
0
);
return
removed;
}
private
void
rehash() {
// 清除底层数组中所有陈旧的(stale)的Entry,也就是key为null的Entry
// 同时每清除一个Entry,就对其后面的Entry重新计算hash,获取新位置,使用线性探测法,重新确定最终位置
expungeStaleEntries();
// 清理完陈旧Entry后,判断是否需要扩容
if
(size >= threshold - threshold /
4
) {
// 扩容时,容量变为旧容量的2倍,再进行rehash,并使用线性探测发确定Entry的新位置
resize();
}
}
3.6ThreadLocalMap-remove操作
/**
* 移除当前线程的threadLocals属性中key为ThreadLocal的Entry
*
* @param key 要移除的Entry的key(ThreadLocal对象)
*/
private
void
remove(ThreadLocal> key) {
Entry[] tab = table;
int
len = tab.length;
// 计算出该ThreadLocal对应的key应该存放的位置
int
i = key.threadLocalHashCode & (len -
1
);
// 找到指定位置,开始按照线性探测算法进行查找到该Thread的Entry
for
(Entry e = tab[i]; e !=
null
; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
// 如果Entry的key相同
if
(e.get() == key) {
// 调用WeakReference的clear方法,Entry的key是弱引用,指向ThreadLocal,现在将key指向null
// 则该ThreadLocal对象在会在下一次gc时,被垃圾收集器回收
e.clear();
// 将该位置的Entry中的value置为null,于是value引用的对象也会被垃圾收集器回收(不会造成内存泄漏)
// 同时内部会调整Entry的顺序(开放探测算法的特点,删除元素后会重新调整顺序)
expungeStaleEntry(i);
return
;
}
}
}
四.总结
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文章标题:使用Java8模块环境,编制ThreadLocal源码输出模式,新的模拟type类别的开发并发
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