JAVA多线程基础篇 8、线程隔离与ThreadLocal

在多线程并发环境中，要保证线程并发安全总体有2类方法。

• 使用锁，在访问资源时是互斥的、原子性的。

  • 这个锁可以是Synchronized方法 或 Lock。
  • 或者CAS方式的乐观锁。

• 使用线程隔离的方法。

  • 变量在线程内部，在实际运行过程中只有这个线程可以读取。

  • 变量在线程外部定义，但是每个线程只能操作属于该线程的变量副本。即 ThreadLocal类型的变量。

1. ThreadLocal的使用示例

定义了两个ThreadLocal类型的变量，线程t1设置的值，对于线程t2是不可见的。

public class ThreadLocalTest1 {
    private static ThreadLocal<String> thl1 = new ThreadLocal<>();
    private static ThreadLocal<Integer> thl2 = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(()->{
            thl1.set("abc");
            thl2.set(12);
            thl1.remove();
            thl2.remove();
            System.out.println(thl1.get()+","+ thl2.get());
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
            System.out.println(thl1.get()+","+ thl2.get());
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

运行结果：

2. ThreadLocal的使用场景

2.1 线程隔离的数据库连接与事务

定义一个数据库连接，每个线程拿到的数据库连接都是本线程对应的数据库连接。

public class ConnectionManager {

    private static final ThreadLocal<Connection> dbConnectionLocal = new ThreadLocal<Connection>() {
        @Override
        //初始化数据。
        //延迟调用方法，在线程第一次调用get或set时才执行，并且只执行1次。默认返回null。
        protected Connection initialValue() {
            try {
                return DriverManager.getConnection();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    };

    public Connection getConnection() {
        return dbConnectionLocal.get();
    }
}

2.2 线程隔离的session会话

在每个线程session会话都是本线程对应的session。

private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();  
  
public static Session getSession() {  
    Session s = (Session) threadSession.get();  
    try {  
        if (s == null) {  
            s = getSessionFactory().openSession();  
            threadSession.set(s);  
        }  
    } catch (Exception ex) {  
    }  
    return s;  
}  

3. ThreadLocal原理

• Thread类内部定义了一个ThreadLocalMap 对象ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;当线程调用threadlocal对象的set(Object o)和get方法时，实际上是维护ThreadLocalMap对象。

  • 如果这个对象尚未初始化，则初始化
  • set时，以threadlocal对象为key，o 为value。
  • get时，以threadlocal对象为key取出value。

• 举例说明：

  • thl1.set("abc");thl2.set(12);两条命令会在线程内的ThreadLocalMap对象上插入两条记录，这两条记录的key分别是thl1,thl2。值分别是"abc",12。
  • thl1.get(); thl2.get();命令执行时，实际上会在当前线程内的ThreadLocalMap对象上，查找key为thl1、thl2的值。

• 也就是说，每个线程内部其实都有一个专属的“记录”——ThreadLocalMap，当写入和读取时，都会以threadlocal对象的引用为key，去存储读取。

4. ThreadLocal与内存泄露

内存泄露是指内存空间不可用，即使jvm进行垃圾回收也无法有效回收垃圾。

4.1 Java语言将Entry设计为弱引用

设想：当线程内对ThreadLocal对象使用方法完毕后，此时没有对象指向ThreadLocal对象，按理说这个对象可以被回收了。但是由于ThreadLocalMap里以key，value的形式存储了ThreadLocal对象。导致仍然有链接指向ThreadLocal对象，不能被回收。

因此，Java语言将Entry类设置为弱引用，当线程内对ThreadLocal对象使用方法完毕后，JVM可以在垃圾回收时，清除ThreadLocalMap内的无效Entry对象。

		static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

4.2 记得手动remove

由于ThreadLocalMap的生命周期和Thread（当前线程）一样长。

尽管java语言做出了良好的设计，但是若当前线程一直不结束，又或者由于线程在线程池中，结束后不被销毁，那么ThreadLocal被回收后，ThreadLocalMap就会存在null，但value不为null的Entry。无效数据会移植存储在内存中，无法回收，导致内存泄露。

所以在使用完ThreadLocal对象后，要及时调用ThreadLocal.remove()方法，手动删除对应value。

总结

ThreadLocal的设计是为了能够在当前线程中有属于自己的变量，其原理是每个线程内部其实都存储了一个ThreadLocalMap来记录保存。ThreadLocal对象存在内存泄露的风险，需要手工remove。

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