深入浅出多线程编程实战ThreadLocal详解(介绍使用原理应用场景)

Posted 2021-09-05 、Dong

深入浅出多线程编程实战（五）ThreadLocal详解(介绍、使用、原理、应用场景)

文章目录

• 一、ThreadLocal简介
• 二、ThreadLocal与Synchronized区别
• 三、ThreadLocal简单使用
• 四、ThreadLocal原理
• 五、ThreadLocal 应用场景

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一、ThreadLocal简介

ThreadLocal（是Thread Local Variable，线程局部变量）类是Java为线程安全提供的一个工具类，代表一个线程局部变量。把数据放在ThreadLocal中可以让每个线程创建一个该变量的副本，线程间可以独立地改变自己的副本，而不会和其他线程产生副本冲突，从而避免并发访问的线程安全问题，就像每个线程都完全拥有该变量一样。

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二、ThreadLocal与Synchronized区别

ThreadLocal其实是与线程绑定的一个变量。ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。
但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别：
1、Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。
2、Synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。
而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。
而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

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三、ThreadLocal简单使用

方法:
T get() 返回此线程局部变量的当前线程副本值
void remove() 删除此线程局部变量的当前线程的副本值
void set(T value) 设置此线程局部变量中当前线程副本值

public class TheadLocalTest {
    private static ThreadLocal<Student> threadLocalStudent = new ThreadLocal<>();
    public static void main(String[] args) {
        // 简单写一个测试线程隔离的例子
        // 原料: 1个ThreadLocal类型的变量 2个线程
        // 期望结果:线程一set的变量 线程二get不到！
        new Thread(()->{
            Student student = new Student();
            System.out.println("线程一保存的对象:"+student.toString());
            threadLocalStudent.set(student);
        }).start();
        new Thread(()->{
            try {
                // 细节！！！ 先睡一会再get避免误差。
                // 可见这是一个严谨性很高的测试Demo
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("期望结果:线程二获取的结果是null,说明线程二拿不到线程一存入的值");
            System.out.println("线程二获取结果:"+threadLocalStudent.get());
        }).start();
    }
}

运行结果：

四、ThreadLocal原理

首先看一下ThreadLocal的类图，如下：

Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap的关系：
1.Thread.threadLocals引用ThreadLocalMap，生命周期一致。
2.ThreadLocal定义ThreadLocalMap
3.ThreadLocalMap#Entry弱引用ThreadLocal。
我们通常说一个对象不被引用就会被gc回收，其实说的是强引用。但弱引用对象是，不管有没有被引用都会被垃圾回收。

ThreadLocal的数据结构：

Thread类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals，也就是说每个线程有一个自己的ThreadLocalMap。

ThreadLocalMap有自己的独立实现，可以简单地将它的key视作ThreadLocal，value为代码中放入的值（实际上key并不是ThreadLocal本身，而是它的一个弱引用）。

每个线程在往ThreadLocal里放值的时候，都会往自己的ThreadLocalMap里存，读也是以ThreadLocal作为引用，在自己的map里找对应的key，从而实现了线程隔离。

ThreadLocalMap有点类似HashMap的结构，只是HashMap是由数组+链表实现的，而ThreadLocalMap中并没有链表结构。

我们还要注意Entry， 它的key是ThreadLocal<?> k ，继承自WeakReference， 也就是我们常说的弱引用类型。

五、ThreadLocal 应用场景

场景1：
ThreadLocal 用作保存每个线程独享的对象，为每个线程都创建一个副本，这样每个线程都可以修改自己所拥有的副本, 而不会影响其他线程的副本，确保了线程安全。
场景2：
ThreadLocal 用作每个线程内需要独立保存信息，以便供其他方法更方便地获取该信息的场景。每个线程获取到的信息可能都是不一样的，前面执行的方法保存了信息后，后续方法可以通过ThreadLocal 直接获取到，避免了传参，类似于全局变量的概念。