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聊聊Java中的ThreadLocal作用

JAVA 线程
2023-02-25 18:07:08 时间

在java中，如果我们多线程操作变量的时候，需要加上同步控制机制，原因是多线程操作一个变量，那么如果每个线程都操作自己线程的变量，那就不用加锁了，也不用加同步控制了。

ThreadLocal就是这个作用，比如在Web开发中，我们用ThreadLocal来保存用户信息，然后传递后台多个service，然后每个线程单独获取自己的用户信息;

初始化代码也比较简单：

public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {
@Override
protected SimpleDateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("mm:ss");
};

使用比较简单，通过重载initialValue()这个方法进行初始化，或通过set进行设置，然后get使用即可，整个使用过程类似于HashMap。

那如何神奇的控制不同的线程保存不同的数据，从而达到线程的共享那，如下：

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

首先代码中通过Thread.currentThread()来获取当前的线程id，通过线程id获取对应的ThreadLocalMap，这个getMap，其实是获取Thread的成员变量如下：

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

此成员变量定义如下：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

然后再来看这句话：

ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);

即通过本ThreadLocal的对象作为key，获取Entry对象后，再获取它的value，如果为null那，那就调用setInitialValue()进行初始化，代码如下：

private T setInitialValue() {
    T value = initialValue();
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
    return value;
}

此线程的map如果存在，不为null，直接更新，返回默认的初始化值，即initialValue()的返回值，如果不存在，则调用createMap(t,value);来创建map，如下：

void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

说实话代码挺绕的，找了网上一张图，会形成如下的结构：

【图来自互联网，侵权删除】

我们从这个图可以看到，ThreadLocal是所有线程的map的公共key，还要注意到，这个map比较特殊，是内部自己实现的，通过线性探测的方法来解决哈希冲突的，即如果槽位已经被占用了，则通过一个函数计算得到下一个槽位， 这种方法解决冲突的效率比较低，所以不建议用太多的ThreadLocal变量。

Threadlocal相关的数据结构：

【图片来自互联网，侵权删除】

【图片来自互联网，侵权删除】

从上图中可以看到Entry继承自弱应用，下次gc的时候会回收，但是只有key是弱引用，value还是强引用,下次gc的时候，key被回收而value可能一直不会被回收。

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

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

所以解决办法是，使用过之后记得通过remove()进行删除。

总结：

ThreadLocal适用于无状态的线程内变量共享的场景，比如我们说的通过ThreadLocal保存每个线程特有的信息，比如线程标识(打日志的时候适用，便于排查问题)。

ThreadLocal有一定的内存泄漏分享，记得要remove。

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