ThreadLocal详解

一、介绍：

　　ThreadLocal是Thread的局部变量，用于编多线程程序，对解决多线程程序的并发问题有一定的启示作用。ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单：在ThreadLocal类中定义了一个ThreadLocalMap，每一个Thread中都有一个该类型的变量——threadLocals——用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。

 

二、ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法：

1、void get()

2、void set(Object value)

 public void set(T value) {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取线程中的属性 threadLocalMap ,如果threadLocalMap 不为空，
        //则直接更新要保存的变量值，否则创建threadLocalMap，并赋值
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            // 初始化thradLocalMap 并赋值
            createMap(t, value);
    }

3、public void remove()

将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 1.5 新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。一般线程池中对线程的管理都会采用线程复用的方式，复用的这些线程可能永远都不会结束，也不会被垃圾回收，因此需要我们手动remove()当前线程局部变量的值。

4、protected Object initialValue()

返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

三、场景：

1、说明：

在Java的多线程编程中，为保证多个线程对共享变量的安全访问，通常会使用synchronized来保证同一时刻只有一个线程对共享变量进行操作。这种情况下可以将类变量放到ThreadLocal类型的对象中，使变量在每个线程中都有独立拷贝，不会出现一个线程读取变量时而被另一个线程修改的现象。

2、应用：

场景一：存储用户Session

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;
    }

场景二：数据库连接，处理数据库事务

场景三、数据跨层传递（controller,service, dao）

每个线程内需要保存类似于全局变量的信息（例如在拦截器中获取的用户信息），可以让不同方法直接使用，避免参数传递的麻烦却不想被多线程共享（因为不同线程获取到的用户信息不一样）。

例如，用 ThreadLocal 保存一些业务内容（用户权限信息、从用户系统获取到的用户名、用户ID 等），这些信息在同一个线程内相同，但是不同的线程使用的业务内容是不相同的。

在线程生命周期内，都通过这个静态 ThreadLocal 实例的 get() 方法取得自己 set 过的那个对象，避免了将这个对象（如 user 对象）作为参数传递的麻烦。

比如说我们是一个用户系统，那么当一个请求进来的时候，一个线程会负责执行这个请求，然后这个请求就会依次调用service-1()、service-2()、service-3()、service-4()，这4个方法可能是分布在不同的类中的。这个例子和存储session有些像。

package com.kong.threadlocal;
 
 
public class ThreadLocalDemo05 {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("jack");
        new Service1().service1(user);
    }
 
}
 
class Service1 {
    public void service1(User user){
        //给ThreadLocal赋值，后续的服务直接通过ThreadLocal获取就行了。
        UserContextHolder.holder.set(user);
        new Service2().service2();
    }
}
 
class Service2 {
    public void service2(){
        User user = UserContextHolder.holder.get();
        System.out.println("service2拿到的用户:"+user.name);
        new Service3().service3();
    }
}
 
class Service3 {
    public void service3(){
        User user = UserContextHolder.holder.get();
        System.out.println("service3拿到的用户:"+user.name);
        //在整个流程执行完毕后，一定要执行remove
        UserContextHolder.holder.remove();
    }
}
 
class UserContextHolder {
    //创建ThreadLocal保存User对象
    public static ThreadLocal<User> holder = new ThreadLocal<>();
}
 
class User {
    String name;
    public User(String name){
        this.name = name;
    }
}
 
执行的结果：
 
service2拿到的用户:jack
service3拿到的用户:jack

场景四、Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题

TopicDao：非线程安全

 
public class TopicDao {
   //①一个非线程安全的变量
   private Connection conn; 
   public void addTopic(){
        //②引用非线程安全变量
       Statement stat = conn.createStatement();
       …
   }

TopicDao：线程安全 

 
import java.sql.Connection;
import java.sql.Statement;
public class TopicDao {
 
  //①使用ThreadLocal保存Connection变量
private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();
public static Connection getConnection(){
         
        //②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection，
        //并将其保存到线程本地变量中。
if (connThreadLocal.get() == null) {
            Connection conn = ConnectionManager.getConnection();
            connThreadLocal.set(conn);
              return conn;
        }else{
              //③直接返回线程本地变量
            return connThreadLocal.get();
        }
    }
    public void addTopic() {
 
        //④从ThreadLocal中获取线程对应的
         Statement stat = getConnection().createStatement();
    }

 

四、ThreadLocal与Synchronized的区别：

ThreadLocal和Synchonized都用于解决对于多线程资源共享的问题

但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别：

1、Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。

2、Synchronized是利用同步锁机制，使变量或代码块在某一时刻只能被一个线程访问，采用了“以时间换空间”的方式。而ThreadLocal为每一个线程都提供了一份独立变量副本，因此可以同时访问而互不影响，采用了“以空间换时间”的方式。

五、ThreadLocal与Thread，ThreadLocalMap之间的关系  ：

1、每个Thread线程内部都有一个Map(ThreadLocalMap)。

2、Map里面存储ThreadLocal对象(key)和线程的变量副本(value)。

3、Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。

 

六、ThreadLocal代码案例：

从这个示例中我们可以看到，两个线程分表获取了自己线程存放的变量，他们之间变量的获取并不会错乱。

public class ThreadLocaDemo {
 
    private static ThreadLocal<String> localVar = new ThreadLocal<String>();
 
    static void print(String str) {
        //打印当前线程中本地内存中本地变量的值
        System.out.println(str + " :" + localVar.get());
        //清除本地内存中的本地变量
        localVar.remove();
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                ThreadLocaDemo.localVar.set("local_A");
                print("A");
                //打印本地变量
                System.out.println("after remove : " + localVar.get());
               
            }
        },"A").start();
 
        Thread.sleep(1000);
 
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                ThreadLocaDemo.localVar.set("local_B");
                print("B");
                System.out.println("after remove : " + localVar.get());
              
            }
        },"B").start();
    }
}
 
A :local_A
after remove : null
B :local_B
after remove : null
 

七、问题解析：

1、value值为什么不存在并发问题？

因为只有一个线程能访问，每个线程都有自己的threadlocal 变量，不同的threadlocal对应于不同的value值，他们之间互不影响。ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。

2、ThreadLocal 内存泄露的原因

（1）没有手动删除这个 Entry
（2）CurrentThread 当前线程依然运行

由于ThreadLocalMap 的生命周期跟 Thread 一样长，对于重复利用的线程来说，如果没有手动删除（remove()方法）对应 key 就会导致entry(null，value)的对象越来越多，从而导致内存泄漏。

3、为什么 key 要用弱引用？

事实上，在 ThreadLocalMap 中的set/getEntry 方法中，会对 key 为 null（也即是 ThreadLocal 为 null ）进行判断，如果为 null 的话，那么会把 value 置为 null 的．这就意味着使用threadLocal , CurrentThread 依然运行的前提下．就算忘记调用 remove 方法，弱引用比强引用可以多一层保障：弱引用的 ThreadLocal 会被回收．对应value在下一次 ThreadLocaI 调用 get()/set()/remove() 中的任一方法的时候会被清除，从而避免内存泄漏。

4、如何正确的使用ThreadLocal？

将ThreadLocal变量定义成private static的，这样的话ThreadLocal的生命周期就更长，由于一直存在ThreadLocal的强引用，所以ThreadLocal也就不会被回收，也就能保证任何时候都能根据ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，然后remove它，防止内存泄露。