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ThreadLocal全面解析（一）

2022-08-10 21:11:00 【InfoQ】

前言

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絮叨

今天无意中看到了一篇关于ThreadLocal的文章，然后就去学习了一下，但是那篇文章看完之后，小六六又觉得有点不完善的地方，所以就继续找资料学习，终于把ThreadLocal大部分的知识有了点基本的认知吧，故写文章记录一下。

ThreadLocal基础之Java的引用

在 JDK1.2 之前，Java中的定义很传统：如果 reference 类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称为这块内存代表着一个引用。Java 中的垃圾回收机制在判断是否回收某个对象的时候，都需要依据“引用”这个概念。在不同垃圾回收算法中，对引用的判断方式有所不同：

引用计数法：为每个对象添加一个引用计数器，每当有一个引用指向它时，计数器就加1，当引用失效时，计数器就减1，当计数器为0时，则认为该对象可以被回收（目前在Java中已经弃用这种方式了）。

可达性分析算法：从一个被称为 GC Roots 的对象开始向下搜索，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。

JDK1.2 之前，一个对象只有“已被引用”和"未被引用"两种状态，这将无法描述某些特殊情况下的对象，比如，当内存充足时需要保留，而内存紧张时才需要被抛弃的一类对象。

四种引用类型

所以在 JDK.1.2 之后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为了：强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）4 种，这 4 种引用的强度依次减弱。

强引用

Java中默认声明的就是强引用，比如：

Object obj = new Object(); //只要obj还指向Object对象，Object对象就不会被回收
obj = null; //手动置null

只要强引用存在，垃圾回收器将永远不会回收被引用的对象，哪怕内存不足时，JVM也会直接抛出OutOfMemoryError，不会去回收。如果想中断强引用与对象之间的联系，可以显示的将强引用赋值为null，这样一来，JVM就可以适时的回收对象了

软引用

软引用是一种比强引用生命周期稍弱的一种引用类型。在JVM内存充足的情况下，软引用并不会被垃圾回收器回收，只有在JVM内存不足的情况下，才会被垃圾回收器回收。所以软引用的这种特性，一般用来实现一些内存敏感的缓存，只要内存空间足够，对象就会保持不被回收掉，比如网页缓存、图片缓存等。

SoftReference<String> softReference = new SoftReference<String>(new String(&quot;小六六&quot;));
System.out.println(softReference.get());

弱引用

弱引用的引用强度比软引用要更弱一些，无论内存是否足够，只要 JVM 开始进行垃圾回收，那些被弱引用关联的对象都会被回收。在 JDK1.2 之后，用 java.lang.ref.WeakReference 来表示弱引用。

这个对ThreadLocal有用，大家先记住

WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<String>(new String(&quot;小六六&quot;));
System.gc();
if(weakReference.get() == null) {
 System.out.println(&quot;weakReference已经被GC回收&quot;);
}

输出结果：

weakReference已经被GC回收

虚引用（PhantomReference）

虚引用是最弱的一种引用关系，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，它随时可能会被回收，在 JDK1.2 之后，用 PhantomReference 类来表示，通过查看这个类的源码，发现它只有一个构造函数和一个 get() 方法，而且它的 get() 方法仅仅是返回一个null，也就是说将永远无法通过虚引用来获取对象，虚引用必须要和 ReferenceQueue 引用队列一起使用。

PhantomReference<String> phantomReference = new PhantomReference<String>(new String(&quot;小六六&quot;), new ReferenceQueue<String>());
System.out.println(phantomReference.get());

运行后，发现结果总是null，引用跟没有持有差不多。

简单总结下

强引用一直存活，除非GC Roots不可达所有程序的场景，基本对象，自定义对象等。

软引用内存不足时会被回收 - 一般用在对内存非常敏感的资源上，用作缓存的场景比较多，例如：网页缓存、图片缓存

弱引用只能存活到下一次GC前生命周期很短的对象，例如ThreadLocal中的Key。

虚引用随时会被回收，创建了可能很快就会被回收业界暂无使用场景， - 可能被JVM团队内部用来跟踪JVM的垃圾回收活动

ThreadLocal基础之Java中的值传递和地址传递

首先我们来看看代码

public class Test {
 public static void main(String[] args) {
 String str = &quot;123&quot;;
 System.out.println(str);
 change(str);
 System.out.println(str);
 }
 public static void change(String str){
 str = &quot;小六六&quot;;
 }
}

那么你觉得会输出多少呢？至少我曾经觉得是：

123
小六六

但是，正确答案是：

123
123

这是为什么呢？我相信答错的同学大都是受到了一些”java教材“的影响–java的参数传递有两种：

值传递，传递值，在函数中形参发生的变化不影响实参。

引用传递，传递对象引用，在函数中形参发生的变化影响实参。

然而，实际上java参数传递只有一种情况，那就是值传递。所不同的是，一般说的"引用传递"，在实际中传递的不过是引用对象的地址值值传递传递的是真实内容的一个副本，对副本的操作不影响原内容，也就是形参怎么变化，不会影响实参对应的内容。

在解释上述代码前，先要在补充一点知识：

String a = new String(&quot;小六六&quot;);
String b;
b= new String(&quot;小六六&quot;);

两种形式的代码所形成的的结果是完全一致的，后面一种更容易理解java中的引用与对象的具体含义。先声明一个String对象的引用，再new一个“小六六”对象，最后将这个对象赋值（等号=）给该引用。

b：对象的引用

“小六六”：实际对象

好了，来个例子具体解释一下值传递和地址值引用吧。

先定义一个对象：

 public class Person {
 private String name;
 private int age;
 
 public String getName() {
 return name;
 }
 public void setName(String name) {
 this.name = name;
 }
 public int getAge() {
 return age;
 }
 public void setAge(int age) {
 this.age = age;
 }
}

我们写个函数测试一下：

 public static void PersonCrossTest(Person person){
 System.out.println(&quot;传入的person的name：&quot;+person.getName());
 person.setName(&quot;我是张小龙&quot;);
 System.out.println(&quot;方法内重新赋值后的name：&quot;+person.getName());
 }
 //测试
 public static void main(String[] args) {
 Person p=new Person();
 p.setName(&quot;我是马化腾&quot;);
 p.setAge(45);
 PersonCrossTest(p);
 System.out.println(&quot;方法执行后的name：&quot;+p.getName());
}

结果

1传入的person的name：我是马化腾
2方法内重新赋值后的name：我是张小龙
3方法执行后的name：我是张小龙

可以看出，person经过personCrossTest()方法的执行之后，内容发生了改变，这印证了上面所说的“引用传递”，对形参的操作，改变了实际对象的内容。

那么，到这里就结题了吗？不是的，没那么简单，能看得到想要的效果是因为刚好选对了例子而已！！！

下面我们对上面的例子稍作修改，加上一行代码，

public static void PersonCrossTest(Person person){
 System.out.println(&quot;传入的person的name：&quot;+person.getName());
 person=new Person();//加多此行代码
 person.setName(&quot;我是张小龙&quot;);
 System.out.println(&quot;方法内重新赋值后的name：&quot;+person.getName());
 }

传入的person的name：我是马化腾
方法内重新赋值后的name：我是张小龙
方法执行后的name：我是马化腾

为什么这次的输出和上次的不一样了呢？看出什么问题了吗？

按照JVM内存模型可以知道，对象和数组是存储在Java堆区的，而且堆区是共享的，因此程序执行到main（）方法中的下列代码时

Person p=new Person();
 p.setName(&quot;我是马化腾&quot;);
 p.setAge(45);
 PersonCrossTest(p);

JVM会在堆内开辟一块内存，用来存储p对象的所有内容，同时在main（）方法所在线程的栈区中创建一个引用p存储堆区中p对象的真实地址，

当执行到PersonCrossTest()方法时，因为方法内有这么一行代码：

person=new Person();

JVM需要在堆内另外开辟一块内存来存储new Person()，假如地址为“xo3333”，那此时形参person指向了这个地址，假如真的是引用传递，那么由上面讲到：引用传递中形参实参指向同一个对象，形参的操作会改变实参对象的改变。

可以推出：实参也应该指向了新创建的person对象的地址，所以在执行PersonCrossTest()结束之后，最终输出的应该是后面创建的对象内容。

然而实际上，最终的输出结果却跟我们推测的不一样，最终输出的仍然是一开始创建的对象的内容。

由此可见：引用传递，在Java中并不存在。

但是有人会疑问：为什么第一个例子中，在方法内修改了形参的内容，会导致原始对象的内容发生改变呢？这是因为：无论是基本类型和是引用类型，在实参传入形参时，都是值传递，也就是说传递的都是一个副本，而不是内容本身。可以看出，方法内的形参person和实参p并无实质关联，它只是由p处copy了一份指向对象的地址，此时：p和person都是指向同一个对象。因此在第一个例子中，对形参p的操作，会影响到实参对应的对象内容。而在第二个例子中，当执行到new Person()之后，JVM在堆内开辟一块空间存储新对象，并且把person改成指向新对象的地址，此时：p依旧是指向旧的对象，person指向新对象的地址。所以此时对person的操作，实际上是对新对象的操作，于实参p中对应的对象毫无关系。

同样总结一下

在Java中所有的参数传递，不管基本类型还是引用类型，都是值传递，或者说是副本传递。只是在传递过程中：

如果是对基本数据类型的数据进行操作，由于原始内容和副本都是存储实际值，并且是在不同的栈区，因此形参的操作，不影响原始内容。

如果是对引用类型的数据进行操作，分两种情况，一种是形参和实参保持指向同一个对象地址，则形参的操作，会影响实参指向的对象的内容。一种是形参被改动指向新的对象地址（如重新赋值引用），则形参的操作，不会影响实参指向的对象的内容。

ThreadLocal基础之this关键字

this关键字的作用

Person

String name;//定义当前Person名字

//参数name是目标名字
//成员变量name是自己名字
public void sayHello(String name) {
 System.out.println(name+&quot;，你好。我是&quot;+name);
}

Demo01Person

public static void main(String[] args) {
 Person person = new Person();
 //设置当前person名字
 person.name = &quot;王健林&quot;;
 //调用sayHello方法
 person.sayHello(&quot;王思聪&quot;);
}

运行结果：王思聪，你好。我是王健林总结：当我们使用this.成员变量名时，就可以访问本类当中的成员变量。由此我们可以总结出：使用this关键字可以准确的进行属性的标记

this关键字的原理

String name;//定义当前Person名字

//参数name是目标名字
//成员变量name是自己名字
public void sayHello(String name) {
 System.out.println(this);
}

public static void main(String[] args) {
 Person person = new Person();
 //设置当前person名字
 person.name = &quot;王健林&quot;;
 //调用sayHello方法
 person.sayHello(&quot;王思聪&quot;);
 System.out.println(person);
}

打印结果：[email protected] [email protected]从结果我们可以看出，person和方法中this的地址是一样的。由此我们可以总结出：通过谁调用的方法，谁就是this