ThreadLocal的应用场景

Posted 2021-03-01 zz-ksw

在通常的业务开发中，ThreadLocal 有两种典型的使用场景

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。

典型场景1

这种场景通常用于保存线程不安全的工具类，典型的需要使用的类就是 SimpleDateFormat。

在这种情况下，每个Thread内都有自己的实例副本，且该副本只能由当前Thread访问到并使用，相当于每个线程内部的本地变量，这也是ThreadLocal命名的含义。因为每个线程独享副本，而不是公用的，所以不存在多线程间共享的问题。

比如有10个线程都要用到SimpleDateFormat

public class ThreadLocalDemo01 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> {
                String data = new ThreadLocalDemo01().date(finalI);
                System.out.println(data);
            }).start();
            Thread.sleep(100);
        }

    }

    private String date(int seconds){
        Date date = new Date(1000 * seconds);
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("mm:ss");
        return simpleDateFormat.format(date);
    }
}

我们给每个线程都创建了SimpleDateFormat对象，他们之间互不影响，代码是可以正常执行的。输出结果：

00:00
00:01
00:02
00:03
00:04
00:05
00:06
00:07
00:08
00:09

我们用图来看一下当前的这种状态：

 

 

如果有1000个线程都用到SimpleDateFormat对象呢？

我们一般不会直接去创建这么多线程，而是通过线程池，比如：

public class ThreadLocalDemo011 {
   public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(16);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int finalI = i;
            threadPool.submit(() -> {
                String data = new ThreadLocalDemo011().date(finalI);
                System.out.println(data);
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }

    private String date(int seconds){
        Date date = new Date(1000 * seconds);
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("mm:ss");
        return simpleDateFormat.format(date);
    }

}

可以看出，我们用了一个16线程的线程池，并且给这个线程池提交了1000次任务。每个任务中它做的事情和之前是一样的，还是去执行date方法，并且在这个方法中创建一个

simpleDateFormat 对象。结果：

00:00
00:07
00:04
00:02
...
16:29
16:28
16:27
16:26
16:39

我们刚才所做的就是每个任务都创建了一个 simpleDateFormat 对象，也就是说，1000 个任务对应 1000 个 simpleDateFormat 对象，但是如果任务数巨多怎么办？

这么多对象的创建是有开销的，并且在使用完之后的销毁同样是有开销的，同时存在在内存中也是一种内存的浪费。

我们可能会想到，要不所有的线程共用一个 simpleDateFormat 对象？但是simpleDateFormat 又不是线程安全的，我们必须做同步，比如使用synchronized加锁。到这里也许就是我们最终的一个解决方法。但是使用synchronized加锁会陷入一种排队的状态，多个线程不能同时工作，这样一来，整体的效率就被大大降低了。有没有更好的解决方案呢？

使用ThreadLocal

对这种场景，ThreadLocal再合适不过了，ThreadLocal给每个线程维护一个自己的simpleDateFormat对象，这个对象在线程之间是独立的，互相没有关系的。这也就避免了线程安全问题。与此同时，simpleDateFormat对象还不会创造过多，线程池一共只有 16 个线程，所以需要16个对象即可。

public class ThreadLocalDemo04 {

    public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(16);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int finalI = i;
            threadPool.submit(() -> {
                String data = new ThreadLocalDemo04().date(finalI);
                System.out.println(data);
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }

    private String date(int seconds){
        Date date = new Date(1000 * seconds);
        SimpleDateFormat dateFormat = ThreadSafeFormater.dateFormatThreadLocal.get();
        return dateFormat.format(date);
    }
}

class ThreadSafeFormater{
    public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("mm:ss"));
}

我们用图来看一下当前的这种状态：

 

 

典型场景2

每个线程内需要保存类似于全局变量的信息（例如在拦截器中获取的用户信息），可以让不同方法直接使用，避免参数传递的麻烦却不想被多线程共享（因为不同线程获取到的用户信息不一样）。

例如，用 ThreadLocal 保存一些业务内容（用户权限信息、从用户系统获取到的用户名、用户ID 等），这些信息在同一个线程内相同，但是不同的线程使用的业务内容是不相同的。

在线程生命周期内，都通过这个静态 ThreadLocal 实例的 get() 方法取得自己 set 过的那个对象，避免了将这个对象（如 user 对象）作为参数传递的麻烦。

比如说我们是一个用户系统，那么当一个请求进来的时候，一个线程会负责执行这个请求，然后这个请求就会依次调用service-1()、service-2()、service-3()、service-4()，这4个方法可能是分布在不同的类中的。

 

我们用图画的形式举一个实例：

 

 

 

代码：

package com.kong.threadlocal;


public class ThreadLocalDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("jack");
        new Service1().service1(user);
    }

}

class Service1 {
    public void service1(User user){
        //给ThreadLocal赋值，后续的服务直接通过ThreadLocal获取就行了。
        UserContextHolder.holder.set(user);
        new Service2().service2();
    }
}

class Service2 {
    public void service2(){
        User user = UserContextHolder.holder.get();
        System.out.println("service2拿到的用户:"+user.name);
        new Service3().service3();
    }
}

class Service3 {
    public void service3(){
        User user = UserContextHolder.holder.get();
        System.out.println("service3拿到的用户:"+user.name);
        //在整个流程执行完毕后，一定要执行remove
        UserContextHolder.holder.remove();
    }
}

class UserContextHolder {
    //创建ThreadLocal保存User对象
    public static ThreadLocal<User> holder = new ThreadLocal<>();
}

class User {
    String name;
    public User(String name){
        this.name = name;
    }
}

 

执行的结果：

service2拿到的用户:jack
service3拿到的用户:jack