ThreadLocal底层原理

曾经终败给现在 2024-03-22 08:35 31阅读 0赞

#### ThreadLocal底层原理 ####

*  1. 简介
 *  2. 线程的分类
 *  3. 底层原理
 *   *  3.1 Thread类中有一个ThreadLocalMap类型的变量
     *  3.2 ThreadLocalMap是ThreadLocal类的静态内部类
     *  3.3 总结
     *  3.4 存在问题
     *  3.5 应用场景
 *  4. 使用方法
 *   *  4.1 ThreadLocal中的set方法
     *  4.2 ThreadLocal中的get方法
     *  4.3 ThreadLocalMap中键值
     *  4.4 ThreadLocal中的HashMap的键值
 *  5. Thread、ThreadLocal和ThreadLocalMap三者关系
 *   *  5.1 ThreadLocal的作用
     *  5.2 Thread和ThreadLocalMap的关系
     *  5.3 ThreadLocalMap和ThreadLocal的关系

## 1. 简介 ##

在Java中，ThreadLocal是一个非常有用的类，它允许我们在**多线程环境中存储和访问线程本地变量**。

每个线程都可以独立地更改其ThreadLocal实例的值，而不会影响其他线程的值。

## 2. 线程的分类 ##

线程分为**用户线程**和**守护线程**：

1.  用户线程就是普通线程
2.  守护线程就是JVM的后台线程

比如**垃圾回收线程就是一个守护线程**，守护线程会在其他普通线程都停止运行之后自动关闭。我们可以通过设置thread.setDaemon(true)来把一个线程设置为守护线程。

## 3. 底层原理 ##

ThreadLocal是Java中所提供的线程本地存储机制，可以利用该机制将数据缓存在某个线程内部，该线程可以在**任意时刻、任意方法中获取缓存的数据**。

### 3.1 Thread类中有一个ThreadLocalMap类型的变量 ###

ThreadLocal底层是通过ThreadLocalMap来实现的，每个Thread对象（**注意不是ThreadLocal对象**）中都存在一个ThreadLocalMap。  
![在这里插入图片描述][9ac90603d72448f6b5676ff7e3bd9ec3.png]  
Map的key为ThreadLocal对象，Map的value为需要缓存的值。

### 3.2 ThreadLocalMap是ThreadLocal类的静态内部类 ###

为什么要这样设计呢？

ThreadLocal通过给ThreadLocalMap使用默认的权限修饰符，使得ThreadLocalMap无法被其他包的类引用，最终将ThreadLocalMap完美地隐藏起来，同时ThreadLocal提供了一系列操作容器ThreadLocalMap的方法（get、set等），供外界使用。

### 3.3 总结 ###

Thread类里面有一个ThreadLocalMap类型的变量，但是外界无法直接操作这个ThreadLocalMap，提供了一个工具箱ThreadLocal帮助我们操作ThreadLocal。

### 3.4 存在问题 ###

如果在线程池中使用ThreadLocal会造成**内存泄漏**，因为当ThreadLocal对象使用完之后，应该要把设置的key，value，也就是Entry对象进行回收，但线程池中的线程不会回收，而线程对象是通过强引用指向ThreadLocal对象之后，手动调用ThreadLocal的remove方法，手动清除Entry对象。

### 3.5 应用场景 ###

ThreadLocal经典的应用场景就是**连接管理**。

一个线程持有一个连接，该连接对象可以在不同的方法之间进行传递，线程之间不共享同一个连接。

## 4. 使用方法 ##

Thread类里面都包含了一个Map。然后每一个Map就对应了一个ThreadLocal。

然后这样的话，它每次调用一个ThreadLocal的一个类的话，它就会调用ThreadMap里面的具体的那个ThreadLocal。

这样的话，每个线程都对应自己的一个Local的对象，也是一个Object的东西。

### 4.1 ThreadLocal中的set方法 ###

**获取当前线程**，然后获取当前线程中的ThreadLocalMap（即threadLocals变量指向的）。

如果不为空，则把当前对象ThreadLocal作为键，外界传过来的参数作为值，保存ThreadLocalMap中。

如果为空，则创建一个新的ThreadLocalMap。

### 4.2 ThreadLocal中的get方法 ###

先获取当前线程对象，然后拿到**当前线程对象**的ThreadLocalMap，在根据键（即当前对象ThreadLocal）找到值。

### 4.3 ThreadLocalMap中键值 ###

ThreadLocalMap以ThreadLocal作为键，值是我们调用ThreadLocal的set方法传进来的。  
![在这里插入图片描述][c2653ef5cf8d4b80b6c8b14ec940541f.png]

### 4.4 ThreadLocal中的HashMap的键值 ###

在使用ThreadLocal时，我们通常会创建一个静态的ThreadLocal实例，并在需要存储线程本地变量的地方使用它。每个线程都可以它通过ThreadLocal实例来获取和设置线程本地变量的值，而不会影响其他线程。

例如，以下代码片段创建了一个ThreadLocal实例，用于存储线程本地的计数器变量：

private static ThreadLocal<Integer> counter = new ThreadLocal<Integer>(){
        
    	@Override
    	protected Integer initialValue(){
        
    		return 0;
    	}
    };

在每个线程中，可以使用以下代码获取和更新计数器变量的值：

int value = counter.get(); // 获取计数器变量的值
    counter.set(value + 1); // 更新计数器变量的值

在这里，**ThreadLocal的key是当前线程，value是当前线程本地的计数器变量**。

## 5. Thread、ThreadLocal和ThreadLocalMap三者关系 ##

### 5.1 ThreadLocal的作用 ###

1.  **工具类**，提供一系列方法操作ThreadLocalMap，比如get/set/remove。
2.  隔离Thread和ThreadLocalMap，**防止程序员直接创建ThreadLocalMap**。自身的get/set内部会判断当前线程是否已经绑定一个ThreadLocalMap，有就继续用，没有就为其绑定。

### 5.2 Thread和ThreadLocalMap的关系 ###

一个Thread只能有一个ThreadLocalMap。

### 5.3 ThreadLocalMap和ThreadLocal的关系 ###

ThreadLocalMap以ThreadLocal为键存储数据。

**参考资料**：

1.  [【2分钟搞定八股文面试题】⑦ThreadLocal的底层原理][2_ThreadLocal]
2.  [Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap是什么？看这一篇][Thread_ThreadLocal_ThreadLocalMap]

[9ac90603d72448f6b5676ff7e3bd9ec3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/f189951023974db4bed618bf989a9673.png
[c2653ef5cf8d4b80b6c8b14ec940541f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/9ee6570f99c549fea6599da352e1b5f0.png
[2_ThreadLocal]: https://www.bilibili.com/video/BV1Zr4y1q7Dr/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a1af903e57688df870625021f7f3a7eb
[Thread_ThreadLocal_ThreadLocalMap]: https://blog.csdn.net/qq_52173163/article/details/125529524