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ThreadLocal = 本地线程?

一、定义

ThreadLocalJDK包提供的,从名字来看,ThreadLocal意思就是本地线程的意思。

1.1 是什么?

要想知道他是个啥,我们看看ThreadLocal的源码(基于JDK 1.8)中对这个类的介绍:

This class provides thread-local variables.  These variables differ from
their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its
{@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized
copy of the variable.  {@code ThreadLocal} instances are typically private
static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g.,
a user ID or Transaction ID).

大致能够总结出:

  1. TreadLocal可以给我们提供一个线程内的局部变量,而且这个变量与一般的变量还不同,它是每个线程独有的,与其他线程互不干扰的;
  2. ThreadLocal 与普通变量的区别在于:每个使用该变量的线程都会初始化一个完全独立的实例副本。ThreadLocal 变量通常被private static修饰。当一个线程结束时,它所使用的所有 ThreadLocal 相对的实例副本都会被回收;
  3. 简单说ThreadLocal就是一种以空间换时间的做法,在每个Thread里面维护了一个ThreadLocal.ThreadLocalMap把数据进行隔离,每个线程的数据不共享,自然就没有线程安全方面的问题了.

1.2 示例

一言不合上代码!

//创建ThreadLocal变量
private static ThreadLocal<String> localParam = new ThreadLocal<>();

@Test public void threadLocalDemo() { //创建2个线程,分别设置不同的值 new Thread(() -> { localParam.set("Hello 风尘博客!"); //打印当前线程本地内存中的localParam变量的值 log.info("{}:{}", Thread.currentThread().getName(), localParam.get()); }, "T1").start(); new Thread(() -> { log.info("{}:{}", Thread.currentThread().getName(), localParam.get()); }, "T2").start(); }

  • 结果:
... T1:Hello 风尘博客!
... T2:null

打印结果证明,T1线程中设置的值无法在T2取出,证明变量ThreadLocal在各个线程中数据不共享。

1.3 ThreadLocalAPI

ThreadLocal定义了四个方法:

  1. get():返回此线程局部变量当前副本中的值;
  2. set(T value):将线程局部变量当前副本中的值设置为指定值;
  3. initialValue():返回此线程局部变量当前副本中的初始值;
  4. remove():移除此线程局部变量当前副本中的值。
  • set()initialValue()区别
名称 set() initialValue()
定义 为这个线程设置一个新值 该方法用于设置初始值,并且在调用get()方法时才会被触发,所以是懒加载。但是如果在get()之前进行了set()操作,这样就不会调用
区别 如果对象生成的时机不由我们控制的时候使用 set() 方式 对象初始化的时机由我们控制的时候使用initialValue() 方式

二、实现原理

ThreadLocal有一个特别重要的静态内部类ThreadLocalMap,该类才是实现线程隔离机制的关键。

  • 每个线程的本地变量不是存放在ThreadLocal实例里面,而是存放在调用线程的threadLocals变量里面,也就是说:ThreadLocal类型的本地变量存放在具体的线程内存空间中。
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
  • Thread类中有两个ThreadLocalMap类型的变量,分别是threadLocalsinheritableThreadLocals,而ThreadLocalMap是一个定制化的Hashmap,专门用来存储线程本地变量。在默认情况下,每个线程中的这两个变量都为null,只有当前线程第一次调用ThreadLocalset()或者get()方法时才会创建它们。

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  • ThreadLocal就是一个工具壳,它通过set()方法把value值放入调用线程的threadLocals里面并存放起来,当调用线程调用它的get()方法时,再从当前线程的threadLocals变量里面将其拿出来使用。

  • 如果调用线程一直不终止,那么这个本地变量会一直存放在调用线程的threadLocals变量里面,所以当不需要使用本地变量时可以通过调用ThreadLocal变量的remove()方法,从当前线程的threadLocals里面删除该本地变量。

另外Thread里面的threadLocals被设计为Map结构是因为每个线程可以关联多个ThreadLocal变量。

原理小结

  1. 每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用;
  2. ThreadLocalMapThreadLocal的内部类,用Entry来进行存储;
  3. 调用ThreadLocalset()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap设置值,keyThreadLocal对象,值是传递进来的对象;
  4. 调用ThreadLocalget()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap获取值,keyThreadLocal对象;
  5. ThreadLocal本身并不存储值,它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value

三、使用场景

3.1 ThreadLocal的作用

  • 保存线程上下文信息,在任意需要的地方可以获取.

由于ThreadLocal的特性,同一线程在某地方进行设置,在随后的任意地方都可以获取到。从而可以用来保存线程上下文信息。

  • 线程安全的,避免某些情况需要考虑线程安全必须同步带来的性能损失.

3.2 场景一:独享对象

每个线程需要一个独享对象(通常是工具类,典型需要使用的类有SimpleDateFormatRandom

这类场景阿里规范里面也提到了:

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3.3 场景二:当前信息需要被线程内的所有方法共享

每个线程内需要保存全局变量(例如在拦截器中获取用户信息),可以让不同方法直接使用,避免参数传递的麻烦。

演示(完整演示见文末Github

  • User.java
@Data
public class User {
    private String userName;
public User() {

}

public User(String userName) {
    this.userName = userName;
}

}

  • UserContextHolder.java
public class UserContextHolder {
public static ThreadLocal&lt;User&gt; holder = new ThreadLocal&lt;&gt;();

}

  • Service1.java
public class Service1 {
public void process() {
    User user = new User("Van");
    //将User对象存储到 holder 中
    UserContextHolder.holder.set(user);
    new Service2().process();
}

}

  • Service2.java
public class Service2 {
public void process() {
    User user = UserContextHolder.holder.get();
    System.out.println("Service2拿到用户名: " + user.getUserName());
    new Service3().process();
}

}

  • Service3.java
public class Service3 {
public void process() {
    User user = UserContextHolder.holder.get();
    System.out.println("Service3拿到用户名: " + user.getUserName());
}

}

  • 测试方法
@Test
public void threadForParams() {
    new Service1().process();
}
  • 结果打印
Service2拿到用户名: Van
Service3拿到用户名: Van

3.4 使用ThreadLocal的好处

  1. 达到线程安全的目的;
  2. 不需要加锁,执行效率高;
  3. 更加节省内存,节省开销;
  4. 免去传参的繁琐,降低代码耦合度。

四、问题

4.1 内存泄漏问题

内存泄露:某个对象不会再被使用,但是该对象的内存却无法被收回

  • 正常情况

Thread运行结束后,ThreadLocal中的value会被回收,因为没有任何强引用了。

  • 非正常情况

Thread一直在运行始终不结束,强引用就不会被回收,存在以下调用链

Thread-->ThreadLocalMap-->Entry(key为null)-->value

因为调用链中的 valueThread 存在强引用,所以value无法被回收,就有可能出现OOM

如何避免内存泄漏(阿里规范)

调用remove()方法,就会删除对应的Entry对象,可以避免内存泄漏,所以使用完ThreadLocal后,要调用remove()方法。

4.2 ThreadLocal的空指针问题

  • ThreadLocalNPE.java
public class ThreadLocalNPE {
ThreadLocal&lt;Long&gt; longThreadLocal = new ThreadLocal&lt;&gt;();

public void set() {
    longThreadLocal.set(Thread.currentThread().getId());
}

/**
 * 当前返回值为基本类型,会报空指针异常,如果改成包装类型Long就不会出错
 * @return
 */
public long get() {
    return longThreadLocal.get();
}

}

  • 空指针测试
@Test
public void threadLocalNPE() {
    ThreadLocalNPE threadLocalNPE = new ThreadLocalNPE();
    //如果get方法返回值为基本类型,则会报空指针异常,如果是包装类型就不会出错
    System.out.println(threadLocalNPE.get());
}

如果get()方法返回值为基本类型,则会报空指针异常;如果是包装类型就不会出错。这是因为基本类型和包装类型存在装箱和拆箱的关系,所以,我们必须将get()方法返回值使用包装类型。

4.3 参考文章

  1. 再也不学Threadlocal了,看这一篇就忘不掉了(万字总结)
  2. 使用 ThreadLocal 一次解决老大难问题

四、技术交流

Github 示例代码

  1. 风尘博客:https://www.dustyblog.cn
  2. 风尘博客-掘金
  3. 风尘博客-博客园
  4. Github

本文转载自博客园,原文链接:https://www.cnblogs.com/vandusty/p/12194718.html

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