Java面试知识点（八十七）Java中的ThreadLocal

红太狼 2021-09-20 22:36 383阅读 0赞

### 一、定义 ###

1.  ThreadLocal 是**线程的局部变量**， 是每一个线程所单独持有的，其他线程不能对其进行访问， 通常是类中的 private static 字段，是对该字段初始值的一个拷贝，它们希望将状态与某一个线程（例如，用户 ID 或事务 ID）相关联
2.  **Synchronized 用于线程间的数据共享，而 ThreadLocal 则用于线程间的数据隔离。**
3.  **当使用 ThreadLocal 维护变量的时候 为每一个使用该变量的线程提供一个独立的变量副本，即每个线程内部都会有一个该变量**，这样同时多个线程访问该变量并不会彼此相互影响，因此他们使用的都是自己从内存中拷贝过来的变量的副本， 这样就不存在线程安全问题，也不会影响程序的执行性能。
4.  ThreadLocal 是线程 Thread中属性 threadLocals 的管理者。
5.  但是要注意，虽然 ThreadLocal 能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要**考虑它对资源的消耗**，比如内存的占用会比不使用 ThreadLocal 要大。

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### 二、原理和方法 ###

**1.ThreadLocal 方法**

ThreadLocal 可以存储任何类型的变量对象， get 返回的是一个 Object 对象，但是我们可以通过泛型来制定存储对象的类型。

*  public T get() \{ \} // 用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本
 *  public void set(T value) \{ \} //set()用来设置当前线程中变量的副本
 *  public void remove() \{ \} //remove()用来移除当前线程中变量的副本
 *  protected T initialValue() \{ \} //initialValue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，该方法返回该线程局部变量的初始值。

**2.使用过程**

Thread 在内部是通过 **ThreadLocalMap** 来维护 ThreadLocal 变量表， 在 Thread 类中有一个 threadLocals 变量，是 ThreadLocalMap 类型的，它就是为每一个线程来存储自身的 **ThreadLocal 变量的**， ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 类的一个内部类，这个 Map 里面的最小的存储单位是一个 Entry， **它使用 ThreadLocal 作为 key， 变量作为 value**，这是因为在每一个线程里面，可能存在着多个 ThreadLocal 变量

**3.原理**

*  ThreadLocal，连接 ThreadLocalMap 和 Thread。来处理 Thread 的 TheadLocalMap 属性，包括 init 初始化属性赋值、get 对应的变量，set 设置变量等。通过当前线程，获取线程上的 ThreadLocalMap 属性，对数据进行 get、set 等操作。
 *  ThreadLocalMap，用来存储数据，采用类似 hashmap 机制，存储了以 threadLocal 为 key，需要隔离的数据为 value 的 Entry 键值对数组结构。
 *  ThreadLocal，有个 ThreadLocalMap 类型的属性，存储的数据就放在这儿。

**4.举例**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMzOTQ1MjQ2_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  每个人都一张银行卡
 *  每个人每张卡都有一定的余额。
 *  每个人获取银行卡余额都必须通过该银行的管理系统。
 *  每个人都只能获取自己卡持有的余额信息，他人的不可访问。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMzOTQ1MjQ2_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
映射到我们要说的 ThreadLocal

*  card 类似于 Thread
 *  card 余额属性，卡号属性等类似于 Treadlocal 内部属性集合 threadLocals
 *  cardManager 类似于 ThreadLocal 管理类

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### 三、线程隔离 ###

核心就是ThreadLocalMap类。

threadLocalMap 是 ThreadLocal 类的一个**静态内部类**，它实现了键值对的设置和获取（对比 Map 对象来理解），**每个线程中都有一个独立的 ThreadLocalMap 副本**，它所存储的值，只能被当前线程读取和修改。ThreadLocal 类通过操作每一个线程特有的 ThreadLocalMap 副本，从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的，完全不会有并发错误。还有一点就是，ThreadLocalMap 存储的键值对中的键是 this 对象指向的 ThreadLocal 对象，而值就是你所设置的对象了。

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### 四、与同步机制的比较 ###

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.  在同步机制中，通过对象的**锁机制**保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的，使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。
3.  ThreadLocal 则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal 会为每一个线程提供一个**独立的变量副本**，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。因为每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal 提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进 ThreadLocal。
4.  概括起来说，对于多线程资源共享的问题，**同步机制采用了 “以时间换空间” 的方式**，而 **ThreadLocal 采用了 “以空间换时间” 的方式**。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。

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### 五、应用 ###

**1.代码示例**

package test.threads.threadlocal;
    
    public class ThreadLocalTest { 
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
            final ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();
    
            test.set();
            System.out.println(test.getLong());
            System.out.println(test.getString());
            // 在这里新建了一个线程
            Thread thread1 = new Thread() { 
                public void run() { 
                    /** * 当这里调用了set方法，进一步调用了ThreadLocal的set方法是， * 会将ThreadLocal变量存储到该线程的ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals中， * 注意的是这个threadLocals变量是Thread线程的一个变量，而不是ThreadLocal类的变量。 * */
                    test.set();
                    System.out.println(test.getLong());
                    System.out.println(test.getString());
                };
            };
            thread1.start();
            thread1.join();
    
            System.out.println(test.getLong());
            System.out.println(test.getString());
        }
    
        ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
        ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();
    
        /** * 这里是获取当前的线程，并把变量存到当前线程的threadlocals中 * */
        public void set() { 
            longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
            stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
        }
    
        public long getLong() { 
            return longLocal.get();
        }
    
        public String getString() { 
            return stringLocal.get();
        }
    
    }

运行结果：

1
    main
    12
    Thread-0
    1
    main

**2.应用场景**

最常见的 ThreadLocal 使用场景为  
用来解决 **数据库连接、 Session 管理**等

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