Java多線程ThreadLocal的詳細(xì)內(nèi)容解析

1. 應(yīng)用場(chǎng)景

ThreadLocal 的常見應(yīng)用場(chǎng)景有兩種：

1. 多線程并發(fā)場(chǎng)景中，用來保障線程安全。
2. 處理較為復(fù)雜的業(yè)務(wù)時(shí)，使用ThreadLocal代替參數(shù)的顯示傳遞。
   

1.1. 保障線程安全

多線程訪問同一個(gè)共享變量的時(shí)候容易出現(xiàn)并發(fā)問題，特別是多個(gè)線程對(duì)一個(gè)變量進(jìn)行寫入的時(shí)候，為了保證線程安全，一般使用者在訪問共享變量的時(shí)候需要進(jìn)行額外的同步措施才能保證線程安全性，如：synchronized、Lock之類的鎖。

ThreadLocal是除了加鎖這種同步方式之外的一種，規(guī)避多線程訪問出現(xiàn)線程不安全的方法。當(dāng)我們?cè)趧?chuàng)建一個(gè)變量后，如果每個(gè)線程對(duì)其進(jìn)行訪問的時(shí)候訪問的都是線程自己的變量，這樣就不會(huì)存在線程不安全問題。

ThreadLocal是JDK包提供的，它提供線程本地變量，如果創(chuàng)建一個(gè)ThreadLocal變量，那么訪問這個(gè)變量的每個(gè)線程都會(huì)有這個(gè)變量的一個(gè)副本，在實(shí)際多線程操作的時(shí)候，操作的是自己本地內(nèi)存中的變量，從而規(guī)避了線程安全問題。

1.2. 顯示傳遞參數(shù)

這里舉幾個(gè)例子：

示例1：獲取接口的當(dāng)前請(qǐng)求用戶
在后臺(tái)接口業(yè)務(wù)邏輯的全過程中，如果需要在多個(gè)地方獲取當(dāng)前請(qǐng)求用戶的信息。通常的一種做法就是：在接口請(qǐng)求時(shí)，通過過濾器、攔截器、AOP等方式，從session或token中獲取當(dāng)前用戶信息，存入ThreadLocal中。

在整個(gè)接口處理過程中，如果沒有另外創(chuàng)建線程，都可以直接從ThreadLocal變量中獲取當(dāng)前用戶，而無(wú)需再?gòu)腟ession、token中驗(yàn)證和獲取用戶。這種方案設(shè)計(jì)不僅提高性能，最重要的是將原本復(fù)雜的邏輯和代碼實(shí)現(xiàn)，變得簡(jiǎn)潔明了。例如下面的這個(gè)例子：

（1）定義ThreadLocal變量：UserProfileThread.java

public class UserProfileThread {
    private static ThreadLocal<UserProfile> USER_PROFILE_TL =new ThreadLocal<>();

    public static void  setUserProfile(UserProfile userProfile){
        USER_PROFILE_TL.set(userProfile);
    }

    public static UserProfile getUserProfile() {
        return USER_PROFILE_TL.get();
    }

    public static String getCurrentUser() {
        return Optional.ofNullable(USER_PROFILE_TL.get())
                .map(UserProfile::getUid)
                .orElse(UserProfile.ANONYMOUS_USER);
    }
}

（2）在過濾器中設(shè)置變量值：

   @Override
    public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        UserProfile userProfile = null;
        // ... 驗(yàn)證和獲取用戶信息 userProfile
        UserProfileThread.setUserProfile(userProfile);
        filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);
    }

（3）獲取當(dāng)前用戶信息

//獲取當(dāng)前用戶
String uid=UserProfileThread.getCurrentUser();
//獲取當(dāng)前用戶對(duì)象
UserProfile user=UserProfileThread.getUserProfile();

示例2：spring框架中保證數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)在同一個(gè)連接下執(zhí)行

要想實(shí)現(xiàn)jdbc事務(wù)， 就必須是在同一個(gè)連接對(duì)象中操作，多個(gè)連接下事務(wù)就會(huì)不可控，需要借助分布式事務(wù)完成。那spring框架如何保證數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)在同一個(gè)連接下執(zhí)行的呢？

DataSourceTransactionManager 是spring的數(shù)據(jù)源事務(wù)管理器，它會(huì)在你調(diào)用getConnection()的時(shí)候從數(shù)據(jù)庫(kù)連接池中獲取一個(gè)connection， 然后將其與ThreadLocal綁定，事務(wù)完成后解除綁定。這樣就保證了事務(wù)在同一連接下完成。

2. 實(shí)現(xiàn)原理

ThreadLocal類提供set/get方法存儲(chǔ)和獲取value值，但實(shí)際上ThreadLocal類并不存儲(chǔ)value值，真正存儲(chǔ)是靠ThreadLocalMap這個(gè)類。

每個(gè)線程實(shí)例都對(duì)應(yīng)一個(gè)TheadLocalMap實(shí)例，我們可以在同一個(gè)線程里實(shí)例化很多個(gè)ThreadLocal來存儲(chǔ)很多種類型的值，這些ThreadLocal實(shí)例分別作為key，對(duì)應(yīng)各自的value，最終存儲(chǔ)在Entry table數(shù)組中。
我們看看ThreadLocal的set方法：

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

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

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
    // 省略其他方法
}

set的邏輯比較簡(jiǎn)單，就是獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap，然后往map里添加KV，K是當(dāng)前ThreadLocal實(shí)例，V是我們傳入的value。這里需要注意一下，map的獲取是需要從Thread類對(duì)象里面取，看一下Thread類的定義。

public class Thread implements Runnable {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    //省略其他
}

Thread類維護(hù)了一個(gè)ThreadLocalMap的變量引用。

因此，我們可以得出如下結(jié)論：

1. 每個(gè)線程是一個(gè)Thread實(shí)例，其內(nèi)部維護(hù)一個(gè)threadLocals的實(shí)例成員，其類型是ThreadLocal.ThreadLocalMap。
2. ThreadLocal本身并不是一個(gè)容器，我們存取的value實(shí)際上存儲(chǔ)在ThreadLocalMap中，ThreadLocal只是作為TheadLocalMap的key。
   

3. 注意事項(xiàng)

ThreadLocal實(shí)例有提供remove()方法，用于回收對(duì)象，清除對(duì)應(yīng)的內(nèi)存占用。這個(gè)方法通常容易被忽略，而導(dǎo)致出現(xiàn)了各種問題。如下面幾種：

• 線程復(fù)用：在“獲取接口的當(dāng)前請(qǐng)求用戶”的例子中，Tomcat中是通過線程池來處理用戶請(qǐng)求的，而線程池中線程是復(fù)用的。肯定會(huì)出現(xiàn)一個(gè)線程前后被不同用戶的接口請(qǐng)求復(fù)用的情況，因此需要對(duì)用過的ThreaLocal變量進(jìn)行覆蓋或清除。
• 內(nèi)存溢出：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一樣長(zhǎng)，如果創(chuàng)建的ThreadLocal變量很多，即對(duì)應(yīng)的key占用的內(nèi)存很大，但卻沒有手動(dòng)刪除，到了一定程度就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

以上就是Java ThreadLocal的使用詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java ThreadLocal的使用的資料，請(qǐng)關(guān)注W3Cschool其它相關(guān)文章！