一、ThreadLocal
- 1.ThreadLocal简介
- - 1.1 是什么
- 2.能干嘛
- - 1.3 api介绍
  - 1.4 实战
  - 1.5 通过上面代码总结
- 2.从阿里ThreadLocal规范开始
- 3.ThreadLocal源码分析
- - 3.1 Thread，ThreadLocal，ThreadLocalMap 关系
  - 3.2 总结
- 4.ThreadLocal内存泄露问题
- - 4.1 什么是内存泄漏
  - 4.2 谁惹的祸？
  - 4.3 强引用、软引用、弱引用、虚引用分别是什么？
  - - 4.3.1 强引用(默认支持模式)
    - 4.3.2 软引用
    - 4.3.3 弱引用
    - 4.3.4 虚引用
    - 4.4 GCRoots和四大引用小总结
  - 4.5 关系
  - 4.3 为什么要用弱引用?不用如何？
  - - 4.3.1 ThreadLocal之清除脏Entry
    - 4.3.2 key为null的entry，原理解析
    - 4.3.3 set、get方法会去检查所有键为null的Entry对象
  - 4.4 结论
- 5.最佳实践

一、ThreadLocal

1.ThreadLocal简介

1.1 是什么

在这里插入图片描述
稍微翻译一下：
ThreadLocal提供线程局部变量。这些变量与正常的变量不同，因为每一个线程在访问ThreadLocal实例的时候（通过其get或set方法）都有自己的、独立初始化的变量副本。ThreadLocal实例通常是类中的私有静态字段，使用它的目的是希望将状态（例如，用户ID或事务ID）与线程关联起来。
在这里插入图片描述

2.能干嘛

实现每一个线程都有自己专属的本地变量副本(自己用自己的变量不麻烦别人，不和其他人共享，人人有份，人各一份)，
主要解决了让每个线程绑定自己的值，通过使用get()和set()方法，获取默认值或将其值更改为当前线程所存的副本的值从而避免了线程安全问题。
在这里插入图片描述

1.3 api介绍

在这里插入图片描述

1.4 实战

5个销售卖房子，集团高层只关心销售总量的准备统计数，按照总销售额统计，方便集团公司给部分发送奖金

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

class House{
    int saleCount = 0;
    public synchronized void saleHouse(){
        ++saleCount;
    }
}


public class ThreadLocalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        House house = new House();
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            new Thread(()->{
                int size = new Random().nextInt(5)+1;
                System.out.println(size);
                for (int j = 1; j <=size; j++) {
                    house.saleHouse();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"总共卖出多少套:"+ house.saleCount);
    }
}

在这里插入图片描述
需求变了
不参加总和计算，希望各自分灶吃饭，各凭销售本事提成，按照出单数各自统计
比如某找房软件，每个中介销售都有自己的销售额指标，自己专属自己的，不和别人掺和

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

class House{
    int saleCount = 0;
    public synchronized void saleHouse(){
        ++saleCount;
    }

//    ThreadLocal<Integer> saleVolume = new ThreadLocal<Integer>(){
//        @Override
//        protected Integer initialValue() {
//            return 0;
//        }
//    };

    ThreadLocal<Integer> saleVolume  = ThreadLocal.withInitial(()->0);
    public void saleVolumeThreadLocal(){
        saleVolume.set(1+saleVolume.get());
    }


}


public class ThreadLocalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        House house = new House();
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            new Thread(()->{
                int size = new Random().nextInt(5)+1;

                for (int j = 1; j <=size; j++) {
                    house.saleHouse();
                    house.saleVolumeThreadLocal();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"号销售卖出"+house.saleVolume.get());
            },String.valueOf(i)).start();
        }
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"总共卖出多少套:"+ house.saleCount);
    }
}

在这里插入图片描述

1.5 通过上面代码总结

1.因为每个 Thread 内有自己的实例副本且该副本只由当前线程自己使用
2.既然其它 Thread 不可访问，那就不存在多线程间共享的问题。
3.统一设置初始值，但是每个线程对这个值的修改都是各自线程互相独立的
一句话->如何才能不争抢
1.加入synchronized或者Lock控制资源的访问顺序
2.人手一份，大家各自安好，没必要抢夺

2.从阿里ThreadLocal规范开始

在这里插入图片描述

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

class MyData{

    ThreadLocal<Integer> threadLocalField = ThreadLocal.withInitial(()->0);

    public void add(){
        threadLocalField.set(1+threadLocalField.get());
    }

}
public class ThreadDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        MyData myData = new MyData();
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.submit(()->{
                    try {
                        Integer beforeInt = myData.threadLocalField.get();
                        myData.add();
                        Integer afterInt = myData.threadLocalField.get();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"beforeInt:"+beforeInt+"\t aferInt:"+afterInt);
                    } finally {
                        myData.threadLocalField.remove();
                    }
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

3.ThreadLocal源码分析

3.1 Thread，ThreadLocal，ThreadLocalMap 关系

Thread和ThreadLocal
在这里插入图片描述
再次体会，各自线程，人手一份
ThreadLocal和ThreadLocalMap

3.2 总结

ThreadLocalMap从字面上就可以看出这是一个保存ThreadLocal对象的map(其实是以ThreadLocal为Key)，不过是经过了两层包装的ThreadLocal对象：
在这里插入图片描述
JVM内部维护了一个线程版的Map<Thread,T>(通过ThreadLocal对象的set方法，结果把ThreadLocal对象自己当做key，放进了ThreadLoalMap中),每个线程要用到这个T的时候，用当前的线程去Map里面获取，通过这样让每个线程都拥有了自己独立的变量
在这里插入图片描述
人手一份，竞争条件被彻底消除，在并发模式下是绝对安全的变量。

4.ThreadLocal内存泄露问题

4.1 什么是内存泄漏

不再会被使用的对象或者变量占用的内存不能被回收，就是内存泄露。
(简单的来说，站着坑位不拉屎)

4.2 谁惹的祸？

再回首ThreadLocalMap
在这里插入图片描述

ThreadLocalMap与WeakReference
ThreadLocalMap从字面上就可以看出这是一个保存ThreadLocal对象的map(其实是以它为Key)，不过是经过了两层包装的ThreadLocal对象：
（1）第一层包装是使用 WeakReference<ThreadLocal<?>> 将ThreadLocal对象变成一个弱引用的对象；（2）第二层包装是定义了一个专门的类 Entry 来扩展 WeakReference

4.3 强引用、软引用、弱引用、虚引用分别是什么？

整体架构
在这里插入图片描述
Java 技术允许使用 finalize() 方法在垃圾收集器将对象从内存中清除出去之前做必要的清理工作。

新建一个带finalize()方法的对象MyObject

class MyObject{
    //一般开发中不用调用这个方法，本次只是为了讲课演示
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable{
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---finalize method invoked....");
    }
}

4.3.1 强引用(默认支持模式)

当内存不足，JVM开始垃圾回收，对于强引用的对象，就算是出现了OOM也不会对该对象进行回收，死都不收。
强引用是我们最常见的普通对象引用，只要还有强引用指向一个对象，就能表明对象还“活着”，垃圾收集器不会碰这种对象。在 Java 中最常见的就是强引用，把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即使该对象以后永远都不会被用到JVM也不会回收。因此强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。
对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为 null，
一般认为就是可以被垃圾收集的了(当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略)。

class MyObject{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---finalize method invoked....");
    }
}

public class ReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject myObject = new MyObject();
        System.out.println("gc before:"+myObject);

        myObject = null;
        System.gc();
        System.out.println("gc after:"+ myObject);
    }
}

在这里插入图片描述

4.3.2 软引用

软引用是一种相对强引用弱化了一些的引用，需要用java.lang.ref.SoftReference类来实现，可以让对象豁免一些垃圾收集。
对于只有软引用的对象来说，

         当系统内存充足时它      不会     被回收，
         当系统内存不足时它      会        被回收。

软引用通常用在对内存敏感的程序中，比如高速缓存就有用到软引用，内存够用的时候就保留，不够用就回收！

import java.lang.ref.SoftReference;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

class MyObject{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---finalize method invoked....");
    }
}

public class ReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SoftReference<MyObject> softReference = new SoftReference<MyObject>(new MyObject());
        System.gc();;
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("gc after内存够用"+softReference.get());

        try {
            byte[] bytes = new byte[20 * 1024 * 1024];//20M对象
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
            System.out.println("gc after内存不够用"+softReference.get());
        }
    }
}

设置10M的内存
在这里插入图片描述

4.3.3 弱引用

弱引用需要用java.lang.ref.WeakReference类来实现，它比软引用的生存期更短，
对于只有弱引用的对象来说，只要垃圾回收机制一运行，不管JVM的内存空间是否足够，都会回收该对象占用的内存。

class MyObject{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---finalize method invoked....");
    }
}

public class ReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        WeakReference<MyObject> weakReference = new WeakReference<>(new MyObject());
        System.out.println("gc before"+weakReference.get());
        System.gc();
        System.out.println("gc after内存够用"+weakReference.get());

    }
}

在这里插入图片描述
假如有一个应用需要读取大量的本地图片:

 *    如果每次读取图片都从硬盘读取则会严重影响性能,
 *    如果一次性全部加载到内存中又可能造成内存溢出。

此时使用软引用可以解决这个问题。

设计思路是：用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。

Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();

4.3.4 虚引用

虚引用需要java.lang.ref.PhantomReference类来实现。
顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。
如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收，
它不能单独使用也不能通过它访问对象，虚引用必须和引用队列 (ReferenceQueue)联合使用。
虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态。仅仅是提供了一种确保对象被 finalize以后，做某些事情的机制。 PhantomReference的get方法总是返回null，因此无法访问对应的引用对象。
其意义在于：说明一个对象已经进入finalization阶段，可以被gc回收，用来实现比finalization机制更灵活的回收操作。
换句话说，设置虚引用关联的唯一目的，就是在这个对象被收集器回收的时候收到一个系统通知或者后续添加进一步的处理。

class MyObject{
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"---finalize method invoked....");
    }
}

public class ReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject myObject = new MyObject();
        ReferenceQueue<MyObject> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        PhantomReference<MyObject> phantomReference = new PhantomReference<>(myObject, referenceQueue);
        //System.out.println(phantomReference.get());
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
        new Thread(()->{
            while (true){
                list.add(new byte[1*1024*1024]);
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
                    System.out.println(phantomReference.get()+"\t"+"list add ok");
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        },"t1").start();

        new Thread(()->{
            while (true){
                Reference<? extends MyObject> reference = referenceQueue.poll();
                if (reference != null){
                    System.out.println("有虚对象回收加入了队列");
                    break;
                }
            }
        },"t2").start();

    }
}

在这里插入图片描述

4.4 GCRoots和四大引用小总结

在这里插入图片描述

4.5 关系

在这里插入图片描述

每个Thread对象维护着一个ThreadLocalMap的引用
ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，用Entry来进行存储
调用ThreadLocal的set()方法时，实际上就是往ThreadLocalMap设置值，key是ThreadLocal对象，值Value是传递进来的对象
调用ThreadLocal的get()方法时，实际上就是往ThreadLocalMap获取值，key是ThreadLocal对象
ThreadLocal本身并不存储值，它只是自己作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value，正因为这个原理，所以ThreadLocal能够实现“数据隔离”，获取当前线程的局部变量值，不受其他线程影响～

4.3 为什么要用弱引用?不用如何？

public void function01(){
    ThreadLocal tl = new ThreadLocal<Integer>();    //line1
    tl.set(2021);                                   //line2
    tl.get();                                       //line3
}

line1新建了一个ThreadLocal对象，t1 是强引用指向这个对象；
line2调用set()方法后新建一个Entry，通过源码可知Entry对象里的k是弱引用指向这个对象。
在这里插入图片描述
好比人走了，那么身份证的信息也要消失

为什么源代码用弱引用?
当function01方法执行完毕后，栈帧销毁强引用 tl 也就没有了。但此时线程的ThreadLocalMap里某个entry的key引用还指向这个对象
若这个key引用是强引用，就会导致key指向的ThreadLocal对象及v指向的对象不能被gc回收，造成内存泄漏；
若这个key引用是弱引用就大概率会减少内存泄漏的问题(还有一个key为null的雷)。使用弱引用，就可以使ThreadLocal对象在方法执行完毕后顺利被回收且Entry的key引用指向为null。
在这里插入图片描述
此后我们调用get,set或remove方法时，就会尝试删除key为null的entry，可以释放value对象所占用的内存。

4.3.1 ThreadLocal之清除脏Entry

在这里插入图片描述
1 当我们为threadLocal变量赋值，实际上就是当前的Entry(threadLocal实例为key，值为value)往这个threadLocalMap中存放。Entry中的key是弱引用，当threadLocal外部强引用被置为null(tl=null),那么系统 GC 的时候，根据可达性分析，这个threadLocal实例就没有任何一条链路能够引用到它，这个ThreadLocal势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永远无法回收，造成内存泄漏。

2当然，如果当前thread运行结束，threadLocal，threadLocalMap,Entry没有引用链可达，在垃圾回收的时候都会被系统进行回收。

3 但在实际使用中 我们有时候会用线程池 去维护我们的线程，比如在Executors.newFixedThreadPool()时创建线程的时候，为了复用线程是不会结束的，所以threadLocal内存泄漏就值得我们小心

4.3.2 key为null的entry，原理解析

在这里插入图片描述
ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal没有外部强引用引用他，那么系统gc的时候，这个ThreadLocal势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话(比如正好用在线程池)，这些key为null的Entry的value就会一直存在一
条强引用链。
虽然弱引用，保证了key指向的ThreadLocal对象能被及时回收，但是v指向的value对象是需要ThreadLocalMap调用get、set时发现key为null时才会去回收整个entry、value，因此弱引用不能100%保证内存不泄露。我们要在不使用某个ThreadLocal对象后，手动调用remoev方法来删除它，尤其是在线程池中，不仅仅是内存泄露的问题，因为线程池中的线程是重复使用的，意味着这个线程的ThreadLocalMap对象也是重复使用的，如果我们不手动调用remove方法，那么后面的线程就有可能获取到上个线程遗留下来的value值，造成bug。