ThreadLocal理解及使用

ThreadLocal理解及使用

​ 多线程访问同一个共享变量时特别容易出现并发问题，特别是在多个线程需要对一个共享变量进行写入时。为了保证线程安全，一般使用者在访问共享变量时需要进行适当的同步。

​ 同步的措施一般是加锁，这就需要使用者对锁有一定的了解，因此可以使用ThreadLocal，当创建一个变量后，每个线程对其进行访问的时候访问的是自己的县城变量。

​ ThreadLocal是JDK包提供的，它提供了线程本地变量，也就是你创建了多个ThreadLocal变量，那么访问的这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地副本。当多个线程操作这个变量时，实际操作的是自己本地内存里面的变量，从而避免了线程安全问题，创建一个ThreadLocal变量后，每个线程都会复制一个变量到自己的本地内存。

ThreadLocal使用示例

/**
 * @author Wenbo
 * @version 1.0
 * @program
 * @description
 * @date 2022/5/24 15:47
 */
public class threadLocalTest {
    static void print(String str){
        System.out.println(str + ":" + localVariable.get());
        localVariable.remove();
    }
    static ThreadLocal<String> localVariable = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(()->{
            localVariable.set("线程1的线程变量值");
            print("thread1");
            System.out.println("删除线程1的变量值后:" + localVariable.get());
        });

        Thread thread2 = new Thread(()->{
            localVariable.set("线程2的线程变量值");
            print("thread2");
            System.out.println("删除线程2的变量值后:" + localVariable.get());
        });
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

thread1:线程1的线程变量值
thread2:线程2的线程变量值
删除线程2的变量值后:null
删除线程1的变量值后:null

​ 案例开启了两个线程，在每个线程内部都设置了本地变量的值，然后调用print函数打印本地变量的值。打印完成后调用本地变量的remove方法，则会删除本地内存中的该变量的值。

​ 代码中通过set方法设置LovalVariable的值，其实设置的是线程1本地内存中的一个副本，这个副本只能线程1来访问，其他线程是访问不了的。

ThreadLocal的实现原理

​ ThreadLocal实现的细节主要在ThreadLocalMap这里，Thread类中有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的成员变量threadLocals，而ThreadLocalMap是一个定制化的Hashmap。在默认情况下，每个线程的threadLocals变量都为null，只有当前线程第一次调用ThreadLocal的set或者get方法时才会去创建它们。其实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就是一个工具壳，它通过set方法把value的值放入threadLocals里面并存放起来，当调用线程调用它的get方法时，在从这个线程的threadLocals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里面，所以当不需要用到本地变量时可以使用remove方法手动删除，避免内存泄漏。

​ Thread里面的threadLocals被设计为map结构主要是因为每个线程可以关联多个ThreadLocal 变量。

set方法讲解

/**
	该函数作用就是获取当前线程t的threadLocals变量，ThreadLocalMap类型
*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

public void set(T value) {
    // 获取当前的线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的threadLocals变量
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value); // 如果不为null， 就向map里面设置值，this为当前对象(即ThreadLocal对象)，value为set函数传过来的变量值
    else
        createMap(t, value); // 如果map == null 说明当前第一次调用set方法，这时需要初始化当前线程的threadLocals变量。
}

/**
 // 初始化当前线程的threadLocals
*/
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

get方法讲解

public T get() {
    // 同set方法一样，先获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的线程变量。
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); // 如果map不为空，根据ThreadLocal的引用获取值
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

/**
	ThreadLocalMap 节点形式，可以看出继承了WeakReference， key其实并不是ThreadLocal本身，而是他的一个弱引用
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;
	// 
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

remove方法讲解

/**
	如果当前线程的ThreadLocals不为空，则删除当前线程中指定的ThreadLocal变量
*/
public void remove() {
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
    if (m != null)
        m.remove(this);
}

总结：在每个线程内部都有一个名为ThreadLocals的成员变量，该变量的类型为ThreadLocalMap，其中key为定义的ThreadLocal变量的this引用，value为我们使用set方法设置的值。每个线程的本地变量存放在线程自己的内存变量threadLocals中，如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量会一直存在，所有可能会造成内存溢出，因此使用完毕后要记得调用ThreadLocal的remove方法删除对应线程的本地变量。

ThreadLocal内存泄露问题

​ ThreadLocalMap中使用的key为ThreadLocal的弱引用，弱引用就是只要垃圾回收机制一执行，不管JVM内存空间是否充足，都会回收该对象所占用的内存。所以弱引用很容易会被回收，如果ThreadLocal被垃圾回收器回收了，但是ThreadLocalMap的生命周期和Thread是一样的，它这时候不被回收，就会出现ThreadLocalMap的key没了，但是value的值还被引用，这就会造成内存泄漏问题。

​ 解决内存泄露问题就是使用完ThreadLocal后，即使调用remove方法释放内存空间。

​ key被设计为弱引用同样是为了防止内存泄漏，如果key设计为强引用，如果ThreadLocal Reference被销毁，此时它指向ThreadLocal的强引用就没有了，但是此时key还强引用指向ThreadLocal，就会导致ThreadLocal不能被回收，这时候就发生了内存泄漏的问题。

ThreadLocalMap解决Hash冲突

​ HashMap使用了链表来解决冲突，也就是所谓的链地址法。

​ ThreadLocalMap没有使用链表，自然也不是用链地址法来解决冲突了，它用的是另外一种方式——开放定址法。开放定址法是什么意思呢？简单来说，就是这个坑被人占了，那就接着去找空着的坑。

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本文作者：Younger
本文链接：https://www.cnblogs.com/youngerwb/p/16306095.html
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