ThreadLocal原理分析與使用場景
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作者 | 阿凡盧
來源 | urlify.cn/myyUVb
什么是ThreadLocal變量
ThreadLoal 變量，線程局部變量，同一個 ThreadLocal 所包含的對象，在不同的 Thread 中有不同的副本。這里有幾點需要注意：
因為每個 Thread 內(nèi)有自己的實例副本，且該副本只能由當(dāng)前 Thread 使用。這是也是 ThreadLocal 命名的由來。
既然每個 Thread 有自己的實例副本，且其它 Thread 不可訪問，那就不存在多線程間共享的問題。
ThreadLocal 提供了線程本地的實例。它與普通變量的區(qū)別在于，每個使用該變量的線程都會初始化一個完全獨立的實例副本。ThreadLocal 變量通常被private static修飾。當(dāng)一個線程結(jié)束時，它所使用的所有 ThreadLocal 相對的實例副本都可被回收。
總的來說，ThreadLocal 適用于每個線程需要自己獨立的實例且該實例需要在多個方法中被使用，也即變量在線程間隔離而在方法或類間共享的場景。
ThreadLocal實現(xiàn)原理
首先 ThreadLocal 是一個泛型類，保證可以接受任何類型的對象。
因為一個線程內(nèi)可以存在多個 ThreadLocal 對象，所以其實是 ThreadLocal 內(nèi)部維護了一個 Map ，這個 Map 不是直接使用的 HashMap ，而是 ThreadLocal 實現(xiàn)的一個叫做 ThreadLocalMap 的靜態(tài)內(nèi)部類。而我們使用的 get()、set() 方法其實都是調(diào)用了這個ThreadLocalMap類對應(yīng)的 get()、set() 方法。例如下面的 set 方法：
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
get方法：
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
return (T)map.get(this);
// Maps are constructed lazily. if the map for this thread
// doesn't exist, create it, with this ThreadLocal and its
// initial value as its only entry.
T value = initialValue();
createMap(t, value);
return value;
}
createMap方法：
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
} ThreadLocalMap是個靜態(tài)的內(nèi)部類：
static class ThreadLocalMap {
........
} 最終的變量是放在了當(dāng)前線程的 ThreadLocalMap 中，并不是存在 ThreadLocal 上，ThreadLocal 可以理解為只是ThreadLocalMap的封裝，傳遞了變量值。
內(nèi)存泄漏問題
實際上 ThreadLocalMap 中使用的 key 為 ThreadLocal 的弱引用，弱引用的特點是，如果這個對象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的時候必然會被清理掉。
所以如果 ThreadLocal 沒有被外部強引用的情況下，在垃圾回收的時候會被清理掉的，這樣一來 ThreadLocalMap中使用這個 ThreadLocal 的 key 也會被清理掉。但是，value 是強引用，不會被清理，這樣一來就會出現(xiàn) key 為 null 的 value。
ThreadLocalMap實現(xiàn)中已經(jīng)考慮了這種情況，在調(diào)用 set()、get()、remove() 方法的時候，會清理掉 key 為 null 的記錄。如果說會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，那只有在出現(xiàn)了 key 為 null 的記錄后，沒有手動調(diào)用 remove() 方法，并且之后也不再調(diào)用 get()、set()、remove() 方法的情況下。
建議回收自定義的ThreadLocal變量，尤其在線程池場景下，線程經(jīng)常會被復(fù)用，如果不清理自定義的 ThreadLocal變量，可能會影響后續(xù)業(yè)務(wù)邏輯和造成內(nèi)存泄露等問題。盡量在代理中使用try-finally塊進行回收：
objectThreadLocal.set(userInfo);
try {
// ...
}
finally {
objectThreadLocal.remove();
}
使用場景
如上文所述，ThreadLocal 適用于如下兩種場景
每個線程需要有自己單獨的實例
實例需要在多個方法中共享，但不希望被多線程共享
對于第一點，每個線程擁有自己實例，實現(xiàn)它的方式很多。例如可以在線程內(nèi)部構(gòu)建一個單獨的實例。ThreadLoca 可以以非常方便的形式滿足該需求。
對于第二點，可以在滿足第一點（每個線程有自己的實例）的條件下，通過方法間引用傳遞的形式實現(xiàn)。ThreadLocal 使得代碼耦合度更低，且實現(xiàn)更優(yōu)雅。
1）存儲用戶Session
一個簡單的用ThreadLocal來存儲Session的例子：
private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();
public static Session getSession() throws InfrastructureException {
Session s = (Session) threadSession.get();
try {
if (s == null) {
s = getSessionFactory().openSession();
threadSession.set(s);
}
} catch (HibernateException ex) {
throw new InfrastructureException(ex);
}
return s;
}
2）解決線程安全的問題
比如Java7中的SimpleDateFormat不是線程安全的，可以用ThreadLocal來解決這個問題：
public class DateUtil {
private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> format1 = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {
@Override
protected SimpleDateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
}
};
public static String formatDate(Date date) {
return format1.get().format(date);
}
}
這里的DateUtil.formatDate()就是線程安全的了。(Java8里的 java.time.format.DateTimeFormatter是線程安全的，Joda time里的DateTimeFormat也是線程安全的）。
ThreadLocalRandom
ThreadLocalRandom使用ThreadLocal的原理，讓每個線程內(nèi)持有一個本地的種子變量，該種子變量只有在使用隨機數(shù)時候才會被初始化，多線程下計算新種子時候是根據(jù)自己線程內(nèi)維護的種子變量進行更新，從而避免了競爭。
用法：
ThreadLocalRandom.current().nextInt(100)
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