java进阶5 -「ThreadLocal」
一 神么是ThreadLocal
ThreadLocal很多地方叫做线程本地变量, 也有线程本地存储的叫法, 它为变量在每个线程中创建一个副本, 每个线程可以访问自己内部的副本变量
ThreadLocal不是用于解决共享变量的问题的，不是为了协调线程同步而存在，而是为了方便每个线程处理自己的状态而引入的一个机制
如果你创建了一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的本地副本，这也是ThreadLocal变量名的由来。他们可以使用 get() 和 set() 方法来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。
比如数据库连接的例子:
class ConnectionManager { private static Connection connect = null; public static Connection openConnection() { if(connect == null){ connect = DriverManager.getConnection(); } return connect; } public static void closeConnection() { if(connect!=null) connect.close(); } }
上面的代码在多线程中使用有线程安全问题,因为connect是共享变量,而两个方法使用共享变量的方法都没有进行同步.
如果两个方法都进行同步处理,而且在在调用connect的地方进行了同步处理确实可以解决这个问题,但是这样会大大影响程序执行的效率,因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候,其他线程只有等待.
那么事实上,这里是不需要将connect变量共享的,因为一个线程不关心其他线程是否对这个connect进行了修改.
那么既然不需要共享,就可以不用static的,用实例的方式在每个需要使用数据库连接的地方调用,使用后再释放这个连接,如下
class ConnectionManager { private Connection connect = null; public Connection openConnection() { if(connect == null){ connect = DriverManager.getConnection(); } return connect; } public void closeConnection() { if(connect!=null) connect.close(); } } class Dao{ public void insert() { ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager(); Connection connection = connectionManager.openConnection(); //使用connection进行操作 connectionManager.closeConnection(); } }
但是这样频繁开闭数据库连接,服务器压力大,并且严重影响程序执行性能.那么这种情况下使用ThreadLocal是再适合不过的了，因为ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个 该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。
二 ThreadLocal原理
ThreadLocal 类提供的几个方法:
public T get() { } public void set(T value) { } public void remove() { } protected T initialValue() { }
get()方法是用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本，
set()用来设置当前线程中变量的副本，
remove()用来移除当前 线程中变量的副本，
initialValue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，它是一个延迟加载方法。
ThreadLocal为每个线程创建变量的副本的方法:
(1) 首先，在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个 threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）。
(2) 初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对 Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为 value，存到threadLocals。
(3) 然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。
三 ThreadLocal示例
下面简单的例子说明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果
public class Test { ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>(); ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>(); public void set() { longLocal.set(Thread.currentThread().getId()); stringLocal.set(Thread.currentThread().getName()); } public long getLong() { return longLocal.get(); } public String getString() { return stringLocal.get(); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Test test = new Test(); test.set(); //anchor System.out.println(test.getLong()); System.out.println(test.getString()); Thread thread1 = new Thread(){ public void run() { test.set(); System.out.println(test.getLong()); System.out.println(test.getString()); }; }; thread1.start(); thread1.join(); System.out.println(test.getLong()); System.out.println(test.getString()); } }
输出结果:
1 main 9 Thread-0 1 main
从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread1线程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。
总结一下：
1）实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；
2）为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量，就像上面代码中的longLocal和stringLocal；
3）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；
如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialValue()方法。
因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setInitialValue方法返回i， 而在setInitialValue方法中，有一个语句是T value = initialValue()， 而默认情况下，initialValue方法返回的是null。
看上面的anchor,也就是test.set(),不写会报NullPointerException,而用下面的写法不写set方法也可
ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>(){ protected Long initialValue() { return Thread.currentThread().getId(); } }; ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>(){ protected String initialValue() { return Thread.currentThread().getName(); } };
四 ThreadLocal应用场景
最常见的使用场景是用来解决数据库连接,session管理等
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() { public Connection initialValue() { return DriverManager.getConnection(DB_URL); } }; public static Connection getConnection() { return connectionHolder.get(); }
下面来看一个hibernate中典型的ThreadLocal的应用
private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal(); public static Session getSession() throws InfrastructureException { Session s = (Session) threadSession.get(); try { if (s == null) { s = getSessionFactory().openSession(); threadSession.set(s); } } catch (HibernateException ex) { throw new InfrastructureException(ex); } return s; }
五 ThreadLocal 内存泄露问题是怎么导致的？
ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，而 value 是强引用。所以，如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候，key 会被清理掉，而 value 不会被清理掉。
这样一来，ThreadLocalMap 中就会出现 key 为 null 的 Entry。假如我们不做任何措施的话，value 永远无法被 GC 回收，这个时候就可能会产生内存泄露。ThreadLocalMap 实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。使用完 ThreadLocal方法后最好手动调用remove()方法
