【Java并发知识总结 | 第九篇】ThreadLocal总结

9.ThreadLocal总结

9.1ThreadLocal是什么？

• ThreadLocal是 Java 中提供的一种用于实现线程局部变量的工具类。
• 它允许每个线程都拥有自己的独立副本，从而实现线程隔离，用于解决多线程中共享对象的线程安全问题。

9.2ThreadLocal的作用？

• 作为数据副本，当某些数据是以线程为作用域并且不同线程有不同数据副本时，可以考虑 ThreadLocal。
• 保存线程上下文信息，在任意需要的地方可以获取，避免显示传参。
• 解决线程安全问题，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。

9.3使用ThreadLocal

• 创建ThreadLocal
• 设置ThreadLocal的值
• 获取 ThreadLocal 的值
• 删除 ThreadLocal 的值

//创建一个ThreadLocal变量
public static ThreadLocal<String> localVariable = new ThreadLocal<>();

//设置ThreadLocal变量的值
localVariable.set("当前用户值");

//获取ThreadLocal变量的值
String value = localVariable.get();

//删除ThreadLocal变量的值
localVariable.remove();

• 下图为使用ThreadLocal保存登录用户信息

9.4ThreadLocal原理

1. ThreadLocal 本身并不存储任何值，它只是作为一个映射，来映射线程的局部变量。
2. 当一个线程调用 ThreadLocal 的 set 或 get 方法时，实际上是访问线程自己的 ThreadLocal.ThreadLocalMap。
3. ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的静态内部类，它内部维护了一个 Entry 数组，key 是 ThreadLocal 对象，value 是线程的局部变量本身。

1、调用set()和get()的过程？

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

• 调用 ThreadLocal.set()
  • 调用 getMap(Thread) --> 返回当前线程的 ThreadLocalMap < ThreadLocal, value >
  • map.set(this, value)，this 是 ThreadLocal，value 为想要实现线程隔离的对象
• 调用 get()
  • 调用getMap(Thread) --> 返回当前线程的 ThreadLocalMap<ThreadLocal, value>-->map.getEntry(this)
  • 返回value。

2、ThreadLocal 的实现原理？

• 实现原理 ：每个线程维护一个 Map，key 为 ThreadLocal 对象（当前对象），value 为想要实现线程隔离的对象。

  • 当需要存线程隔离的对象时，通过 ThreadLocal 的 set 方法将对象存入 Map 中
  • 当需要取线程隔离的对象时，通过 ThreadLocal 的 get 方法从 Map 中取出对象。
  • Map 的大小由 ThreadLocal 对象的多少决定。

  

9.5ThreadLocal问题：内存泄漏/溢出

1. 通常情况下，随着线程 Thread 的结束，其内部的 ThreadLocalMap 也会被回收，从而避免了内存泄漏。
2. 如果一个线程一直在运行，并且其 ThreadLocalMap 中的 Entry.value 一直指向某个强引用对象，那么这个对象就不会被回收，从而导致内存泄漏。
3. 当 Entry 非常多时，可能就会引发更严重的内存溢出问题。

解决方案：

很简单，使用完 ThreadLocal 后，及时调用 remove() 方法释放内存空间。

try {
    
    threadLocal.set(value);
    // 执行业务操作
    
} finally {
    threadLocal.remove(); // 确保能够执行清理
}

remove() 方法会将当前线程的 ThreadLocalMap 中的所有 key 为 null 的 Entry 全部清除，这样就能避免内存泄漏问题。

private void remove(ThreadLocal<?> key) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    for (Entry e = tab[i];
            e != null;
            e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        if (e.get() == key) {
            e.clear();
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        }
    }
}

public void clear() {
    this.referent = null;
}

9.6为什么key要设计成弱引用？

弱引用的好处是，当内存不足的时候，JVM 会主动回收掉弱引用的对象。

• 例子：

  WeakReference key = new WeakReference(new ThreadLocal());
  

• key 是弱引用，new WeakReference(new ThreadLocal()) 是弱引用对象，当 JVM 进行垃圾回收时，如果发现了弱引用对象，就会将其回收。

• 一旦 key 被回收，ThreadLocalMap 在进行 set、get 的时候就会对 key 为 null 的 Entry 进行清理。

总结：在 ThreadLocal 被垃圾收集后，下一次访问 ThreadLocalMap 时，Java 会自动清理那些键为 null 的条目（get(), set(), remove()）等方法均会触发）

9.7ThreadLocal中的强弱引用关系

• 强引用：new User(“张三”)

• 弱引用：

  • userThreadLocal 是一个强引用，new ThreadLocal<>() 是一个强引用对象；
  • new User("张三") 是一个强引用对象。
  • 在 ThreadLocalMap 中，key = new ThreadLocal<>()是一个弱引用对象。
    • 当 JVM 进行垃圾回收时，如果发现了弱引用对象，就会将其回收。

  ThreadLocal<User> userThreadLocal = new ThreadLocal<>();
  userThreadLocal.set(new User("张三"));
  

关系链：

• ThreadLocal 强引用 -> ThreadLocal 对象。
• 当前的Thread 强引用 -> ThreadLocalMap。
• ThreadLocalMap[i] 强引用了 -> Entry。
• Entry.key 弱引用 -> ThreadLocal 对象。（当执行remove等方法，垃圾回收器会回收key为null的键值对）
• Entry.value 强引用 -> 线程的局部变量对象。

9.8ThreadLocalMap怎么解决Hash冲突？

1. ThreadLocalMap 没有使用链表，自然也不是用链地址法来解决冲突了
2. 它用的是另外一种方式——开放定址法。开放定址法是什么意思呢？简单来说，就是这个坑被人占了，那就接着去找空着的坑。