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深入理解 ThreadLocal(二)
2019-09-14 00:53:03 】 浏览:158
Tags:深入 理解 ThreadLocal
类,它没有直接使用 HashMap,而是一个自定义的哈希表,使用数组实现,数组元素是 Entry

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

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

Entry 类继承了 WeakReference<ThreadLocal<?>>,我们可以把它看成是一个键值对。键是当前的 ThreadLocal 对象,值是存储的对象。注意 ThreadLocal 对象的引用是弱引用,值对象 value 的引用是强引用。ThreadLocal 使用弱引用其实很好理解,源码注释中也告诉了我们答案:

To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys

Thread 持有 ThreadLocalMap 的强引用,ThreadLocalMap 中的 Entry 的键是 ThreadLocal 引用。如果线程长期存活或者使用了线程池,而 ThreadLocal 在外部又没有任何强引用了,这种情况下如果 ThreadLocalMap 的键仍然使用强引用 ThreadLocal,就会导致 ThreadLocal 永远无法被垃圾回收,造成内存泄露。

图片来源:https://www.jianshu.com/p/a1cd61fa22da

那么,使用弱引用是不是就万无一失了呢?答案也是否定的。同样是上面说到使用情况,线程长期存活,由于 Entry 的 key 使用了弱引用,当 ThreadLocal 不存在外部强引用时,可以在 GC 中被回收。但是根据可达性分析算法,仍然存在着这么一个引用链:

Current Thread -> ThreadLocalMap -> Entry -> value

key 已经被回收了,此时 key == null。那么,value 呢?如果线程长期存在,这个针对 value 的强引用也会一直存在,外部是否对 value 指向的对象还存在其他强引用也不得而知。所以这里还是有几率发生内存泄漏的。就算我们不知道外部的引用情况,但至少在这里应该是可以切断 value 引用的。

所以,为了解决可能存在的内存泄露问题,我们有必要对于这种 key 已经被 GC 的过期 Entry 进行处理,手动释放 value 引用。当然,JDK 中已经为我们处理了,而且处理的十分巧妙。下面就来看看 ThreadLocalMap 的源码。

构造函数

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

table 是存储 Entry 的数组,初始容量 INITIAL_CAPACITY 是 16。

firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1) 是 ThreadLocalMap 计算哈希的方式。&(2^n-1) 其实等同于 % 2^n,位运算效率更高。

threadLocalHashCode 是如何计算的呢?看下面的代码:

private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

private static int nextHashCode() {
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

0x61c88647 是一个增量,每次取哈希都要再加上这个数字。又是一个神奇的数字,让我想到了 Integer 源码中的 52429 这个数字,见 走进 JDK 之 Integer0x61c88647 背后肯定也有它的数学原理,总之肯定是为了效率。

原理就不去探究了,其实我也不知道是啥原理。不过我们可以试用一下,看看效果如何。按照上面的方式来计算连续几个元素的哈希值,也就是在 Entry 数组中的位置。代码如下:

public class Test {

    private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
    private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();

    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }

    private static int hash() {
        return nextHashCode() & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    }

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            System.out.println(hash());
        }
    }
}

运算结果如下:

0
7
14
5
12
3
10
1

计算结果分布还是比较均匀的。既然是哈希表,肯定就会存在哈希冲突的情况。那么,ThreadLocalMap 是如何解决哈希冲突呢?很简单,看一下 nextIndex() 方法。

private static int nextIndex(int i, int len) {
    return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}

在不超过 len 的情况下直接加 1,否则置 0。其实这样又可以看成一个环形数组。

接下来看看 ThreadLocalMap 的数据是如何存储的。

set()

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);
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