【Java 并发】详解 ThreadLocal
前言
ThreadLocal 主要用来提供线程局部变量，也就是变量只对当前线程可见，本文主要记录一下对于 ThreadLocal 的理解。更多关于 Java 多线程的文章可以转到 这里。
线程局部变量
在多线程环境下，之所以会有并发问题，就是因为不同的线程会同时访问同一个共享变量，例如下面的形式
public class MultiThreadDemo {
public static class Number {
private int value = 0;
public void increase() throws InterruptedException {
value = 10;
Thread.sleep(10);
System.out.println("increase value: " + value);
}
public void decrease() throws InterruptedException {
value = -10;
Thread.sleep(10);
System.out.println("decrease value: " + value);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Number number = new Number();
Thread increaseThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
number.increase();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread decreaseThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
number.decrease();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
increaseThread.start();
decreaseThread.start();
}
}在上面的代码中，increase 线程和 decrease 线程会操作同一个 number 中 value，那么输出的结果是不可预测的，因为当前线程修改变量之后但是还没输出的时候，变量有可能被另外一个线程修改，下面是一种可能的情况：
increase value: 10
decrease value: 10一种解决方法是在 increase() 和 decrease() 方法上加上 synchronized 关键字进行同步，这种做法其实是将 value 的 赋值 和 打印 包装成了一个原子操作，也就是说两者要么同时进行，要不都不进行，中间不会有额外的操作。我们换个角度考虑问题，如果 value 只属于 increase 线程或者 decrease 线程，而不是被两个线程共享，那么也不会出现竞争问题。一种比较常见的形式就是局部（local）变量（这里排除局部变量引用指向共享对象的情况），如下所示：
public void increase() throws InterruptedException {
int value = 10;
Thread.sleep(10);
System.out.println("increase value: " + value);
}不论 value 值如何改变，都不会影响到其他线程，因为在每次调用 increase 方法时，都会创建一个 value 变量，该变量只对当前调用 increase 方法的线程可见。借助于这种思想，我们可以对每个线程创建一个共享变量的副本，该副本只对当前线程可见（可以认为是线程私有的变量），那么修改该副本变量时就不会影响到其他的线程。一个简单的思路是使用 Map 存储每个变量的副本，将当前线程的 id 作为 key，副本变量作为 value 值，下面是一个实现：
public class SimpleImpl {
public static class CustomThreadLocal {
private Map<Long, Integer> cacheMap = new HashMap<>();
private int defaultValue ;
public CustomThreadLocal(int value) {
defaultValue = value;
}
public Integer get() {
long id = Thread.currentThread().getId();
if (cacheMap.containsKey(id)) {
return cacheMap.get(id);
}
return defaultValue;
}
public void set(int value) {
long id = Thread.currentThread().getId();
cacheMap.put(id, value);
}
}
public static class Number {
private CustomThreadLocal value = new CustomThreadLocal(0);
public void increase() throws InterruptedException {
value.set(10);
Thread.sleep(10);
System.out.println("increase value: " + value.get());
}
public void decrease() throws InterruptedException {
value.set(-10);
Thread.sleep(10);
System.out.println("decrease value: " + value.get());
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Number number = new Number();
Thread increaseThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
number.increase();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
Thread decreaseThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
number.decrease();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
increaseThread.start();
decreaseThread.start();
}
}但是上面的实现会存在下面的问题：
- 每个线程对应的副本变量的生命周期不是由线程决定的，而是由共享变量的生命周期决定的。在上面的例子中，即便线程执行完，只要
number变量存在，线程的副本变量依然会存在（存放在 number 的 cacheMap 中）。但是作为特定线程的副本变量，该变量的生命周期应该由线程决定，线程消亡之后，该变量也应该被回收。 - 多个线程有可能会同时操作 cacheMap，需要对 cacheMap 进行同步处理。
为了解决上面的问题，我们换种思路，每个线程创建一个 Map，存放当前线程中副本变量，用 CustomThreadLocal 的实例作为 key 值，下面是一个示例：
public class SimpleImpl2 {
public static class CommonThread extends Thread {
Map<Integer, Integer> cacheMap = new HashMap<>();
}
public static class CustomThreadLocal {
private int defaultValue;
public CustomThreadLocal(int value) {
defaultValue = value;
}
public Integer get() {
Integer id = this.hashCode();
Map<Integer, Integer> cacheMap = getMap();
if (cacheMap.containsKey(id)) {
return cacheMap.get(id);
}
return defaultValue;
}
public void set(int value) {
Integer id = this.hashCode();
Map<Integer, Integer> cacheMap = getMap();
cacheMap.put(id, value);
}
public Map<Integer, Integer> getMap() {
CommonThread thread = (CommonThread) Thread.currentThread();
return thread.cacheMap;
}
}
public static class Number {
private CustomThreadLocal value = new CustomThreadLocal(0);
public void increase() throws InterruptedException {
value.set(10);
Thread.sleep(10);
System.out.println("increase value: " + value.get());
}
public void decrease() throws InterruptedException {
value.set(-10);
Thread.sleep(10);
System.out.println("decrease value: " + value.get());
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Number number = new Number();
Thread increaseThread = new CommonThread() {
@Override
public void run() {
try {
number.increase();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
Thread decreaseThread = new CommonThread() {
@Override
public void run() {