Java多线程_ThreadLocal

Posted 2021-02-05 橘子洲头。

用法：
ThreadLocal用于保存某个线程共享变量：对于同一个static ThreadLocal，不同线程只能从中get，set，remove自己的变量，而不会影响其他线程的变量。

• ThreadLocal.get: 获取ThreadLocal中当前线程共享变量的值。
• ThreadLocal.set: 设置ThreadLocal中当前线程共享变量的值。
• ThreadLocal.remove: 移除ThreadLocal中当前线程共享变量的值。
• ThreadLocal.initialValue: ThreadLocal没有被当前线程赋值时或当前线程刚调用remove方法后调用get方法，返回此方法值。

public class MyThreadLocal
{
    private static final ThreadLocal<Object> threadLocal = new ThreadLocal<Object>(){
        /**
         * ThreadLocal没有被当前线程赋值时或当前线程刚调用remove方法后调用get方法，返回此方法值
         */
        @Override
        protected Object initialValue()
        {
            System.out.println("调用get方法时，当前线程共享变量没有设置，调用initialValue获取默认值！");
            return null;
        }
    };
     
    public static void main(String[] args)
    {
        new Thread(new MyIntegerTask("IntegerTask1")).start();
        new Thread(new MyStringTask("StringTask1")).start();
        new Thread(new MyIntegerTask("IntegerTask2")).start();
        new Thread(new MyStringTask("StringTask2")).start();
    }
     
    public static class MyIntegerTask implements Runnable
    {
        private String name;
         
        MyIntegerTask(String name)
        {
            this.name = name;
        }
 
        @Override
        public void run()
        {
            for(int i = 0; i < 5; i++)
            {
                // ThreadLocal.get方法获取线程变量
                if(null == MyThreadLocal.threadLocal.get())
                {
                    // ThreadLocal.et方法设置线程变量
                    MyThreadLocal.threadLocal.set(0);
                    System.out.println("线程" + name + ": 0");
                }
                else
                {
                    int num = (Integer)MyThreadLocal.threadLocal.get();
                    MyThreadLocal.threadLocal.set(num + 1);
                    System.out.println("线程" + name + ": " + MyThreadLocal.threadLocal.get());
                    if(i == 3)
                    {
                        MyThreadLocal.threadLocal.remove();
                    }
                }
                try
                {
                    Thread.sleep(1000);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }  
        }
         
    }
     
    public static class MyStringTask implements Runnable
    {
        private String name;
         
        MyStringTask(String name)
        {
            this.name = name;
        }
 
        @Override
        public void run()
        {
            for(int i = 0; i < 5; i++)
            {
                if(null == MyThreadLocal.threadLocal.get())
                {
                    MyThreadLocal.threadLocal.set("a");
                    System.out.println("线程" + name + ": a");
                }
                else
                {
                    String str = (String)MyThreadLocal.threadLocal.get();
                    MyThreadLocal.threadLocal.set(str + "a");
                    System.out.println("线程" + name + ": " + MyThreadLocal.threadLocal.get());
                }
                try
                {
                    Thread.sleep(800);
                }
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }   
    }
}

　　结果：

 

ThreadLocal的核心机制：

• 每个Thread线程内部都有一个Map。
• Map里面存储线程本地对象（key）和线程的变量副本（value）
• Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。

所以对于不同的线程，每次获取副本值时，别的线程并不能获取到当前线程的副本值，形成了副本的隔离，互不干扰。

ThreadLocalMap
ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，没有实现Map接口，用独立的方式实现了Map的功能，其内部的Entry也独立实现。在ThreadLocalMap中，也是用Entry来保存K-V结构数据的。但是Entry中key只能是ThreadLocal对象，这点被Entry的构造方法已经限定死了。

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}　

Entry继承自WeakReference（弱引用，生命周期只能存活到下次GC前），但只有Key是弱引用类型的，Value并非弱引用。

 

Hash冲突怎么解决？
和HashMap的最大的不同在于，ThreadLocalMap结构非常简单，没有next引用，也就是说ThreadLocalMap中解决Hash冲突的方式并非链表的方式，而是采用线性探测的方式，所谓线性探测，就是根据初始key的hashcode值确定元素在table数组中的位置，如果发现这个位置上已经有其他key值的元素被占用，则利用固定的算法寻找一定步长的下个位置，依次判断，直至找到能够存放的位置。

ThreadLocalMap解决Hash冲突的方式就是简单的步长加1或减1，寻找下一个相邻的位置。

/**
 * Increment i modulo len.
 */
private static int nextIndex(int i, int len) {
    return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}

/**
 * Decrement i modulo len.
 */
private static int prevIndex(int i, int len) {
    return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
}

显然ThreadLocalMap采用线性探测的方式解决Hash冲突的效率很低，如果有大量不同的ThreadLocal对象放入map中时发送冲突，或者发生二次冲突，则效率很低。

所以这里引出的良好建议是：每个线程只存一个变量，这样的话所有的线程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal，如果一个线程要保存多个变量，就需要创建多个ThreadLocal，多个ThreadLocal放入Map中时会极大的增加Hash冲突的可能。

 

ThreadLocalMap的问题
由于ThreadLocalMap的key是弱引用，而Value是强引用。这就导致了一个问题，ThreadLocal在没有外部对象强引用时，发生GC时弱引用Key会被回收，而Value不会回收，如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行，那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收，发生内存泄露。

如何避免泄漏？
既然Key是弱引用，那么我们要做的事，就是在调用ThreadLocal的get()、set()方法时完成后再调用remove方法，将Entry节点和Map的引用关系移除，这样整个Entry对象在GC Roots分析后就变成不可达了，下次GC的时候就可以被回收。
如果使用ThreadLocal的set方法之后，没有显示的调用remove方法，就有可能发生内存泄露，所以养成良好的编程习惯十分重要，使用完ThreadLocal之后，记得调用remove方法。

总结

1. 每个ThreadLocal只能保存一个变量副本，如果想要一个线程能够保存多个副本，就需要创建多个ThreadLocal。
2. ThreadLocal内部的ThreadLocalMap键为弱引用，会有内存泄漏的风险。
3. 适用于无状态，副本变量独立后不影响业务逻辑的高并发场景。如果如果业务逻辑强依赖于副本变量，则不适合用ThreadLocal解决，需要另寻解决方案。