線程封閉之棧封閉和ThreadLocal

線程封閉

　　在多線程的環境中，我們經常使用鎖來保證線程的安全，但是對於每個線程都要用的資源使用鎖的話那么程序執行的效率就會受到影響，這個時候可以把這些資源變成線程封閉的形式。

1、棧封閉

　　所謂的棧封閉其實就是使用局部變量存放資源，我們知道局部變量在內存中是存放在虛擬機棧中，而棧又是每個線程私有獨立的，所以這樣可以保證線程的安全。

2、ThreadLocal

　　我們先看ThreadLocal和線程Thread的關系圖。

　　

 　　再看下ThreadLocal的操作，以get為例

public T get() {
        // 當前線程
        Thread t = Thread.currentThread();
　　　// 拿到當前線程的threadLocalMap，即上圖中的map引用
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            // 拿到當前ThreadLocal為Key對應的Entry，里面做了防止內存泄漏的處理
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        // 如果為null設置默認值
        return setInitialValue();
    }

　　如上面get方法的源碼所示，在調用threadLocal.get()方法的時候，threadLocal拿到當前線程中ThreadLocalMap中以threadLocal自身為key對應的entry，在這個getEntry方法中里面做了內存泄漏的處理，大概處理邏輯就是如果threadLocal對應的Entry為null的話，讓這個entry的value為null並且map中threadLocal對應下標置null，如果不為null的話返回，否則的話則調用默認值方法setInitialValue()

 private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

  // 默認null實現
 protected T initialValue() {
        return null;
  }

　　setInitialValue()方法邏輯比較簡單，這里不多贅述，值得注意的是里面調用的initialValue()，並沒有任何的實現，所以我們使用threadLocal的時候一般都會選擇重寫實現這個方法。

 // 這里main方法測試，所以用static修飾，會延長threadLocal的生命周期，有內存泄漏的風險，一般作為成員變量就足夠了
 public static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<String>(){
        @Override
        protected String initialValue() {
            return "init string from initialValue method";
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 未放入value直接調用get
        System.err.println("invoke get before any set：" + threadLocal.get());
        threadLocal.set("test");
        System.err.println("before thread start : " + threadLocal.get());
        new Thread(() -> {
            // 對相同的threadLocal對象放入值
            threadLocal.set("test in thread");
            System.err.println("In thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] threadLocal value : " + threadLocal.get());
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 證明threadLocal中的value不在線程中共享
        System.err.println("after thread value : " + threadLocal.get());
    }
result:
　　

　　結合這個小程序和上面的圖就可以對threadLocal有一個大概的理解了。其他的方法如set、remove等方法都大同小異，可以結合圖片去看源碼，這里不再贅述。

關於內存泄漏的問題:

　　1、在threadLocal的get、set、remove方法中，其對本身可能發生的內存泄漏都做了處理，內部邏輯上面也提到了。如果對應entry為null，將其value置null，將map中對應下標引用置null。

　　2、而對於threadLocal中這個對象的泄漏來說，則是采用弱引用的方式來實現，在上面的圖中，我用虛線來表示弱引用，弱引用的意思是在JVM進行垃圾回收的時候這個引用會被回收（無論內存足夠與否）;試想一下，如果使用強引用並且棧中的引用消失了，那么在線程結束之前這個threadLocal對象不會被回收且無法訪問，也就是造成內存泄漏。

3、Java四種引用的簡要概述

　　上面在ThreadLocal提到了弱引用，這里順便簡單的說下Java中的四種引用。

1. 強引用：指new出來的對象，一般沒有特別申明的對象都是強引用。這種對象只有在GCroots找不到它的時候才會被回收。
2. 軟引用（SoftReference的子類）：GC后內存不足的情況將只有這種引用的對象回收。
3. 弱引用（WeakReference的子類）:GC時回收只有此引用的對象（無論內存是否不足）。
4. 虛引用（PhantomReference子類）：沒有特別的功能，類似一個追蹤符，配合引用隊列來記錄對象何時被回收。（實際上這四種引用都可以配合引用隊列使用，只要在構造方法中傳入需要關聯的引用隊列就行，在對象調用finalize方法的時候會被寫入到隊列當中）

 

若有不正之處，望指出！