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。

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