ThreadLocal的理解

Posted 2023-04-07 甜瓜瓜哥

ThreadLocal的作用

存在问题：可用于解决线程安全问题。

解决方案：每个线程保存一份自己的对象，ThreadLocal这个作用就是让线程自己独立保存一份自己的变量副本。每个线程都独立使用自己的变量副本，这样就不会影响其他的线程。

也就是说每个线程都会复制一份对象到自己的线程里面去，线程之间是隔离的，所以不会出现线程之间使用同一份资源而造成问题。

ThreadLocal是为多线程环境下变量安全提供的一种解决思路，ThreadLocal是为每个线程建立一份自己的单独的变量副本。

每个线程都可以独立地去改变自己的变量副本，从而不会影响其他的线程。ThreadLocal内部有个非常重要的内部类——ThreadLocalMap，该类是实现线程隔离的关键。

ThreadLocalMap

内部类似于map，但不是map，它是由键值对key、value组成的一个Entry数组，key是ThreadLocal本身的一个弱引用，value就是对应的线程变量副本。

ThreadLocal本身是不存储值的，他只是提供一个能查到这个值的key。

ThreadLocal包含在这个Thread中，而不是Thread包含在ThreadLocal中。

这个类图左边是Thread，他有内部属性threadLocals，这个属性其实就是指向这个ThreadLocal，右边这部分他是一个ThreadLocal，ThreadLocal里面，他又包含这个内部类，内部就是由这个Entry数组组成。每个Entry由key、value组成的。

1. key就是ThreadLocal这个弱引用。
2. value就是存进来的这个变量副本。
   
   ThreadLocalMap是由一个Entry数组组成，然后每一个Entry里面是由这个key、value组成的。它的key是ThreadLocal的这个引用，value是实际存储的值。

堆和栈之间的关系图

左边是一个栈，里面放了一个ThreadLocal的引用和一个当前线程的引用。

当前线程是一个ThreadLocalMap，ThreadLocalMap里面分为key和value，key和value组成一个entry。他的value是一个50M的值，key是由threadlocal去引用的（一个弱引用的关系）。

每一个Thread线程内部都有一个ThreadLocalMap，这个map里面，key是ThreadLocal这个引用，他的value就是你要操作的这个变量值。Thread内部的ThreadLocalMap是由这个ThreadLocal去维护的。由这个ThreadLocal负责向这个map里面去设置值，添加值，删除值等等操作。

ThreadLocal中的方法

get（）方法

用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本。

1. 获取当前线程，去获取到这个ThreadLocalMap
2. 通过这个线程里面的threadLocals去拿到这个ThreadLocalMap，然后拿到的map不为空，那么就把这个值拿出来返回。如果没有取到这个值，就初始化这个值。

set（）方法

用来设置当前线程中变量的副本。把当前线程中的ThreadLocalMap拿出来，如果这个map值不为空，那么就把这个map的值更新一下，如果为空，则创建这个map。

remove（）方法

用来移除当前线程中变量的副本。

initialValue（）方法

一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的。

数据结构

数组+开放地址法

内存泄露问题

Entry继承这个弱引用的时候，只是对key做了弱引用，对value还是强引用。弱引用能帮助程序更好地去进行垃圾回收。

如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，那么下一次系统GC的时候，这个ThreadLocal弱引用肯定是会被回收的。这样一来，这个ThreadLocalMap就出现了key为null的Entry，也就没有办法通过这个key找到value，然后这个value又是强引用的，如果线程一直存在的话，他就会一直存在这个value，就会造成内存泄露的问题，一直不会被GC掉，被垃圾回收掉。

get方法，set方法还有remove方法会对这个key为null的Entry进行清除。

如何避免内存泄露

使用完ThreadLocal后就手动地调用remove方法即可。

参考资料：【真实工作场景】中怎么用ThreadLocal

深入理解ThreadLocal

　　转载:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html　　

　　想必很多朋友对ThreadLocal并不陌生，今天我们就来一起探讨下ThreadLocal的使用方法和实现原理。首先，本文先谈一下对ThreadLocal的理解，然后根据ThreadLocal类的源码分析了其实现原理和使用需要注意的地方，最后给出了两个应用场景。

　　以下是本文目录大纲：

　　一.对ThreadLocal的理解

　　二.深入解析ThreadLocal类

　　三.ThreadLocal的应用场景

一.对ThreadLocal的理解

　　ThreadLocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

　　这句话从字面上看起来很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　我们还是先来看一个例子：

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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();     } }

 　　假设有这样一个数据库链接管理类，这段代码在单线程中使用是没有任何问题的，但是如果在多线程中使用呢？很显然，在多线程中使用会存在线程安全问题：第一，这里面的2个方法都没有进行同步，很可能在openConnection方法中会多次创建connect；第二，由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程调用closeConnection关闭链接。

　　所以出于线程安全的考虑，必须将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理。

　　这样将会大大影响程序执行效率，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。

　　那么大家来仔细分析一下这个问题，这地方到底需不需要将connect变量进行共享？事实上，是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。

　　到这里，可能会有朋友想到，既然不需要在线程之间共享这个变量，可以直接这样处理，在每个需要使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库链接，然后在方法调用完毕再释放这个连接。比如下面这样：

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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();     } }

 　　这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不尽严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。

　　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。

　　但是要注意，虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用ThreadLocal要大。

二.深入解析ThreadLocal类

　　在上面谈到了对ThreadLocal的一些理解，那我们下面来看一下具体ThreadLocal是如何实现的。

　　先了解一下ThreadLocal类提供的几个方法：

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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，下面会详细说明。

　　首先我们来看一下ThreadLocal类是如何为每个线程创建一个变量的副本的。

　　先看下get方法的实现：

　　

 　　第一句是取得当前线程，然后通过getMap(t)方法获取到一个map，map的类型为ThreadLocalMap。然后接着下面获取到<key,value>键值对，注意这里获取键值对传进去的是  this，而不是当前线程t。

　　如果获取成功，则返回value值。

　　如果map为空，则调用setInitialValue方法返回value。

　　我们上面的每一句来仔细分析：

　　首先看一下getMap方法中做了什么：

　　

　　可能大家没有想到的是，在getMap中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。

　　那么我们继续取Thread类中取看一下成员变量threadLocals是什么：

　　

　　实际上就是一个ThreadLocalMap，这个类型是ThreadLocal类的一个内部类，我们继续取看ThreadLocalMap的实现：

　　

　　可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作为键值。

　　然后再继续看setInitialValue方法的具体实现：

　　很容易了解，就是如果map不为空，就设置键值对，为空，再创建Map，看一下createMap的实现：

　　

　　至此，可能大部分朋友已经明白了ThreadLocal是如何为每个线程创建变量的副本的：

　　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）。

　　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。

　　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。

　　下面通过一个例子来证明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果：

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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();         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());     } }

 　　这段代码的输出结果为：

　　

　　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。

　　

　　看下面这个例子：

　　

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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();                   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());     } }

 　　在main线程中，没有先set，直接get的话，运行时会报空指针异常。

　　但是如果改成下面这段代码，即重写了initialValue方法：

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public class Test {     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();         };     };             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();         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());     } }

 　　就可以直接不用先set而直接调用get了。

三.ThreadLocal的应用场景

　　最常见的ThreadLocal使用场景为 用来解决 数据库连接、Session管理等。

　　如：

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private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() { public Connection initialValue() {     return DriverManager.getConnection(DB_URL); } };   public static Connection getConnection() { return connectionHolder.get(); }

 　　下面这段代码摘自：

　　http://www.iteye.com/topic/103804

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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; }