最近在开发过程中,在做一个字典项服务的时候,最开始采用了ThreadLocal对象来缓存数据。在使用ThreadLocal过程中遇到一些问题,这里和大家分享一下。
一、 什么是ThreadLocal?
顾名思义它是local variable(线程局部变量)。它的功用非常简单,就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本。从线程的角度看,就好像每一个线程都完全拥有该变量。
它主要由四个方法组成initialValue(),get(),set(T),remove(),其中initialValue()方法是一个protected的方法,只有在重写ThreadLocal的时候有用。
void set(T t):为调用该方法的线程存入一个本线程变量。
T get(): 返回本线程存入ThreadLocal中的值,没有返回空。
void remove(): 移除本线程存入ThreadLocal中的值。
T initialValue():用于在为null时,生成一个初始值,ThreadLocal直接返回一个null值。
二、 ThreadLocal的原理
在查看了java源码后发现,ThreadLocal通过使用ThreadLocalMap(注:这里的Map非java.util.Map子类)实例来存储”线程局部变量”,当第一次设值的时候,如果map为空,则创建一个map并set入值,但是这个储值的Map并非ThreadLocal的成员变量,而是java.lang.Thread
类的成员变量。ThreadLocal的set,get方法源码如下:
public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); } 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(); }
代码片段1
三、 ThreadLocal的对象释放问题
3.1 在我们使用ThreadLocal过程中,线程结束后,它的”线程局部变量”是如何回收的呢?
首先,保存”线程局部变量”的map并非是ThreadLocal的成员变量, 而是java.lang.Thread的成员变量。也就是说,线程结束的时候,该map的资源也同时被回收。
解析:
ThreadLocal的set,get方法中均通过如下方式获取Map:
ThreadLocalMap map = getMap(t);
而getMap方法的代码如下:
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
代码片段2
可见:ThreadLocalMap实例是作为java.lang.Thread的成员变量存储的,每个线程有唯一的一个threadLocalMap。这个map以ThreadLocal对象为key,”线程局部变量”为值,所以一个线程下可以保存多个”线程局部变量”。对ThreadLocal的操作,实际委托给当前Thread,每个Thread都会有自己独立的ThreadLocalMap实例,存储的仓库是Entry[]
table;Entry的key为ThreadLocal,value为存储内容;因此在并发环境下,对ThreadLocal的set或get,不会有任何问题。以下为”线程局部变量”的存储图:
“线程局部变量”的存储图
由于treadLocalMap是java.util.Thread的成员变量,threadLocal作为threadLocalMap中的key值,在一个线程中只能保存一个”线程局部变量”。将ThreadLocalMap作为Thread类的成员变量的好处是:
a. 当线程死亡时,threadLocalMap被回收的同时,保存的”线程局部变量”如果不存在其它引用也可以同时被回收。
b. 同一个线程下,可以有多个treadLocal实例,保存多个”线程局部变量”。
3.2 如果线程在线程池中,一直存在,而threadLocal在多个地方被循环放入,会不会造成threadLocal对象无法回收?
如下所示:
public class TestMain { public static void main(String[] args) { while (true) { for (int j = 0; j < 10; j++) { new ThreadLocalDomail(new byte[1024*1024]).getAndPrint(); } } } } class ThreadLocalDomail{ private ThreadLocal<byte[]> threadLocal=new ThreadLocal< byte[]>(); public ThreadLocalDomail(byte[] b){ threadLocal.set(b); } public byte[] getAndPrint(){ byte[] b=threadLocal.get(); System.out.println(b.length); return b; } }
代码片段3
因为ThreadLocalMap的Entry是(weakReference)弱引用,在外部不再引用threadLocal对象时,线程map中threadLocal对应的key及其value均会被释放,不会造成内存溢出。以上TestMain代码中的new
ThreadLocalDomail在每次循环后即被丢弃,可被垃圾回收器回收,代码可持续运行,不会内存溢出。
四、 ThreadLocal的应用
在比较熟悉的两个框架中,Struts2和Hibernate均有采用ThreadLocal变量,而且对整个框架来说是非常核心的一部分。
Struts2和Struts1的一个重要升级就是对request,response两个对象的解耦,Struts2的Action方法中不再需要传递request,response参数。但是Struts2不通过方法直接传入request,response对象,那么这两个值是如何传递的呢?
Struts2采用的正是ThreadLocal变量。在每次接收到请求时,Struts2在调用拦截器和action前,通过将request,response对象放入ActionContext实例中,而ActionContext实例是作为”线程局部变量”存入ThreadLocal
actionContext中。
public class ActionContext implements Serializable { static ThreadLocal actionContext = new ThreadLocal(); . . .
代码片段4
由于actionContext是”线程局部变量”,这样我们通过ServletActionContext.getRequest()即可获得本线程的request对象,而且在本地线程的任意类中,均可通过该方法获取”线程局部变量”,而无需值传递,这样Action类既可以成为一个simple类,无需继承struts2的任意父类。
在利用Hibernate开发DAO模块时,我们和Session打的交道最多,所以如何合理的管理Session,避免Session的频繁创建和销毁,对于提高系统的性能来说是非常重要的。一般常用的Hibernate工厂类,都会通过ThreadLocal来保存线程的session,这样我们在同一个线程中的处理,工厂类的getSession()方法,即可以多次获取同一个Session进行操作,closeSession方法可在不传入参数的情况下,正确关闭session。
五、 使用ThreadLocal发生的问题
在WEB服务器环境下,由于Tomcat,weblogic等服务器有一个线程池的概念,即接收到一个请求后,直接从线程池中取得线程处理请求;请求响应完成后,这个线程本身是不会结束,而是进入线程池,这样可以减少创建线程、启动线程的系统开销。
由于Tomcat线程池的原因,我最初使用的”线程局部变量”保存的值,在下一次请求依然存在(同一个线程处理),这样每次请求都是在本线程中取值而不是去memCache中取值,如果memCache中的数据发生变化,也无法及时更新。
解决方案: 处理完成后主动调用该业务treadLocal的remove()方法,将”线程局部变量”清空,避免本线程下次处理的时候依然存在旧数据。由于主动清理需要使用struts2拦截器,为了简单的解决问题,最后通过ServletActionContext.getRequest()获取request后,将数据setAttribute进request对象中,美中不足的是和request对象有一定的耦合。
Sturts2是如何解决线程池的问题呢?
由于web服务器的线程是多次使用的,很显然Struts2在响应完成后,会主动的清除“线程局部变量”中的ActionContext值,在struts2的org.apache.struts2.dispatcher.ng.filter.StrutsPrepareAndExecuteFilter类中,有这样的代码片段:
finally {
prepare.cleanupRequest(request);
}
而cleanupRequest方法中有如下代码
public void cleanupRequest(HttpServletRequest request) { ……//省略部分代码 ActionContext.setContext(null); Dispatcher.setInstance(null); }
代码片段6
由此可见,Sturts2在处理完成后,会主动清空”线程局部变量”ActionContext,来达到释放系统资源的目的。
六、 总结
使用ThreadLocal的几点建议:
1. ThreadLocal应定义为静态成员变量,代码片段3中的定义方式是不提倡的。
2. 能通过传值传递的参数,不要通过ThreadLocal存储,以免造成ThreadLocal的滥用。
3. 在线程池的情况下,在ThreadLocal业务周期处理完成时,最好显式的调用remove()方法,清空”线程局部变量”中的值。
4. 正常情况下使用ThreadLocal不会造成内存溢出,但如3.2中所述,弱引用的只是threadLocal,保存的值依然是强引用的,如果threadLocal依然被其他对象强引用,”线程局部变量”是无法回收的。
以上是本人对ThreadLocal对象的一些了解,如有不足,还请指正。