ThreadLocal讲解

今天药忘吃喽~ 2021-12-16 13:21 279阅读 0赞

最近面试会被经常问到ThreadLocal的作用和原理，所以这里有必要学习一下。

## **什么是ThreadLocal** ##

ThreadLoal 被称为线程局部变量，即该变量运行在线程中时，每个线程都独立拥有它而不和其他线程中的这个值相冲突，其目的就使这个变量只属于当前线程，和其他线程无关。ThreadLoal 解决的是变量在不同线程间的隔离性，也就是说不同线程拥有自己的值。

## **ThreadLocal实现原理** ##

首先 ThreadLocal 是一个泛型类，保证可以接受任何类型的对象。

一个线程内可以存在多个 ThreadLocal 对象，因为在 ThreadLocal 内部维护了一个 Map ，这个 Map 不是直接使用的 HashMap ，而是 ThreadLocal 内部定义的一个叫做 ThreadLocalMap 的静态内部类。而我们使用的 get()、set() 方法其实都是调用了这个ThreadLocalMap类对应的 get()、set() 方法。

首先我们先看 get() 方法：

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

首先取得当前线程，然后通过getMap(Thread t)方法获取到一个map，map的类型为ThreadLocalMap。

如果map不为空，接着获取ThreadLocalMap.Entry对象。ThreadLocalMap.Entry对象是以this指向的ThreadLocal对象为键在ThreadLocalMap中进行查找的。

如果获取到的ThreadLocalMap.Entry不为空，则返回value值，即和当前线程绑定的值。

如果map为空或者ThreadLocalMap.Entry为空，则调用setInitialValue()方法设置初始值。

接下来我们将上面的每一句来仔细分析：首先看一下getMap(Thread t)方法中做了什么：

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

在getMap(Thread t)中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。Thread类中的成员变量threadLocals是什么？源码如下：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

threadLocals是一个ThreadLocalMap，它是ThreadLocal类的一个静态内部类，ThreadLocalMap的实现如下：

static class ThreadLocalMap {
    ...
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
    
            Entry(ThreadLocal k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
    ...
    }

可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作为键。

setInitialValue()的实现如下：

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;  
    } 
    
    protected T initialValue() {
        return null;
    }

先调用initialValue()方法获取初始值，默认返回null。然后获取和当前线程相关的ThreadLocalMap，如果map不为空，就设置键值对，如果map为空，调用createMap(Thread t, T firstValue)，createMap(Thread t, T firstValue)的实现如下：

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

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，每个线程中都有一个独立的ThreadLocalMap，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，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，完全不会有并发问题。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。

这个时候再看set(T value)方法就简单多了，源码如下：

public void set(T value) {  
       Thread t = Thread.currentThread();  
       ThreadLocalMap map = getMap(t);  
       if (map != null)  
           map.set(this, value);  
       else  
           createMap(t, value);  
    }

在这个方法内部我们看到，首先通过getMap(Thread t)方法获取一个和当前线程相关的ThreadLocalMap，然后将变量的值设置到这个ThreadLocalMap对象中，其中以this指向的threadlocal对象为健值，当然如果获取到的ThreadLocalMap对象为空，就通过createMap方法创建。

总结一下：

*  通过ThreadLocal设置的对象是存储在每个线程自己的ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals中的；
 *  为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量；
 *  我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的ThreadLocalMap.Entry，则会通过调用setInitialValue()方法，而在setInitialValue()方法中，有一条语句是T value = initialValue()， 而默认情况下，initialValue()方法返回的是null。所以如果想在get之前不需要调用set就能返回值的话，必须重写initialValue()方法。

## **内存泄漏问题** ##

实际上 ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，弱引用的特点是，如果这个对象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的时候必然会被清理掉。

所以 ThreadLocal 如果没有被外部强引用的情况下，会在垃圾回收的时候被清理掉，这样一来 ThreadLocalMap中使用这个 ThreadLocal 的 key 也会被清理掉。但是，value 是强引用，不会被清理，这样一来就会出现 key 为 null 的 value。

ThreadLocalMap实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。如果说会出现内存泄漏，那只有在出现了 key 为 null 的记录后，没有手动调用 remove() 方法，并且之后也不再调用 get()、set()、remove() 方法的情况下。

**所以最佳实践，应该在我们不使用的时候，主动调用remove方法进行清理。**

阿里开发规范建议如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rpd2Vpa2FuZw_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**这里把ThreadLocal定义为static还有一个好处就是，由于ThreadLocal有强引用在，那么在ThreadLocalMap里对应的Entry的键会永远存在，那么执行remove的时候就可以正确进行定位到并且删除！！！**

## ThreadLocal用在什么地方 ##

讨论ThreadLocal用在什么地方前，我们先明确下，如果仅仅就一个线程，那么都不用谈ThreadLocal的，ThreadLocal是用在多线程的场景的。

ThreadLocal归纳下来就2类用途：

*  保存线程上下文信息，在任意需要的地方可以获取。
 *  线程安全的，避免某些情况需要考虑线程安全必须同步带来的性能损失。

### 保存线程上下文信息，在任意需要的地方可以获取 ###

由于ThreadLocal的特性，同一线程在某地方进行设置，在随后的任意地方都可以获取到。从而可以用来保存线程上下文信息。

比如每个请求怎么把一串后续操作关联起来，就可以用ThreadLocal进行set，在后续的任意需要记录日志的方法里面进行get获取到请求id，从而把整个请求串起来。

还有比如Spring的事务管理，用ThreadLocal存储Connection，从而各个DAO可以获取同一Connection，可以进行事务回滚，提交等操作。

### 线程安全的，避免某些情况需要考虑线程安全必须同步带来的性能损失 ###

由于不需要共享信息，自然就不存在竞争问题了，从而保证了某些情况下线程的安全。ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。**这类场景阿里规范里面也提到了：**

**![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rpd2Vpa2FuZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]**

但是ThreadLocal也有局限性，我们来看看阿里规范：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rpd2Vpa2FuZw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

每个线程往ThreadLocal中读写数据是线程隔离，互相之间不会影响的，所以**ThreadLocal无法解决共享对象的更新问题！**

参考：

[https://blog.csdn.net/dakaniu/article/details/80829079][https_blog.csdn.net_dakaniu_article_details_80829079]

[https://blog.csdn.net/lirenzuo/article/details/92821256][https_blog.csdn.net_lirenzuo_article_details_92821256]

[https://www.cnblogs.com/luxiaoxun/p/8744826.html][https_www.cnblogs.com_luxiaoxun_p_8744826.html]

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[https_blog.csdn.net_dakaniu_article_details_80829079]: https://blog.csdn.net/dakaniu/article/details/80829079
[https_blog.csdn.net_lirenzuo_article_details_92821256]: https://blog.csdn.net/lirenzuo/article/details/92821256
[https_www.cnblogs.com_luxiaoxun_p_8744826.html]: https://www.cnblogs.com/luxiaoxun/p/8744826.html