Java中的ThreadLocal

 

前言

ThreadLocal是多线程中一个非常重要的对象，在面试中会被经常问到。所以明白其使用场景，使用方法以及原理和缺点是至关重要的。ThreadLocal实现了线程级别的数据隔离。

 

一、什么是ThreadLocal 

答：每一个Thread对象有一个ThreadLocalMap对象（你可以理解成一个自定义的HashMap对象），ThreadLocalMap的key是ThreadLocal对象，value是一个Integer，String或者Boolean等等的对象。emmmmmm，大家不是说ThreadLocal对象是一个线程局部变量码？怎么到你这就成了一个key了呢？其实ThreadLocal对象并不存储值，只不过ThreadLocal对象的方法使得它看上去像一个存储值的线程局部变量了。然后每一个线程有一个属于自己的变量。算了，你还是讲一个例子让我们看看这对象到底是干啥子的吧！

 

二、使用场景与使用方法

最典型的是管理数据库的Connection：假设所有的线程通过DBUtil类来获得一个连接到数据库的连接（Connection），那么问题来了：每一个线程拥有一个Connection，那么我们怎么管理这些Connection呢？

1. 在DBUtil定义一个Connection池，然后每来一个线程就给他从Connection池中拿一个Connection分配给这个线程
2. DBUtil为每一个线程创造一个Connection，每一个线程将自己的Connection存储在自己的ThreadLocalMap中

第一种方式对于Connection的管理会很复杂，因为你需要存储Coonection和线程的对应关系，同时在线程数过大的时候池子可能装不下从而需要复杂的扩容。

第二种方式明显简单很多，当DBUtile想管理某一个线程的Connection的时候只需要通过一个共享的ThreadLocal对象就可以得到这个线程的Connection。

public class ThreadLocalTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new ConnectDB(),"1"); 
        Thread t2 = new Thread(new ConnectDB(),"2"); 
        t1.start();     // 线程1连接数据库
        t2.start();     // 线程2连接数据库

        t1.join();      // 等待线程1结束
        t2.join();      // 等待线程2结束
    }

}

class  ConnectDB implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(DBUtil.getConnection()); // 连接成功时返回Connection信息
    }
}

class DBUtil{
    /**
     * 线程通过此类来连接到数据库
     * 每一个线程有一个自己的连接
     * */

    private static ThreadLocal<String> connect = new ThreadLocal<>(); // key
    private static String DBName = "mysql";

    public static String getConnection(){
        if (connect.get() != null){
            return connect.get();
        }else {
            String c = Thread.currentThread() + "........DB" + " for " + DBName; // 这里用一个字符串表示一个连接
            connect.set(c); // 给当前运行线程分配一个连接
            return c;
        }
    }
}

 

三、ThreadLocal实现原理

打蛇打七寸！我们重点看一下set方法和get方法的实现原理。

• threadLocal.set（“values”）方法：将threadLocal对象做为key，“values”作为value存储到当前线程对象的ThreadLocalMap
• threadLocal.get（）方法：返回当前线程对象ThreadLocalMap中key为threadLocal对象的value

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

    ThreadLocal.ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;  // 返回线程t的ThreadLocalMap
    }

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocal.ThreadLocalMap(this, firstValue); // 初始化线程t的ThreadLocalMap
    }

    static class ThreadLocalMap {
        ....
        ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {  // ThreadLocalMap你看成一个自定义的HashMap就可以
            this.table = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[16];
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & 15;
            this.table[i] = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry(firstKey, firstValue);
            this.size = 1;
            this.setThreshold(16);
        }
    }
    
    private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
        ....
    }
｝

可以看出来ThreadLocal的set方法并不是在操作ThreadLocal对象，而是一直在操作线程t对象的ThreadLocalMap。

public class ThreadLocal<T> {
    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocal.ThreadLocalMap map = this.getMap(t);  // 得到线程t的ThreadLocalMap
        if (map != null) {
            ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);    // 根据key来得到Entry
            if (e != null) {
                T result = e.value;  
                return result;  // 返回value
            }
        }

        return this.setInitialValue(); // 返回null
    }
}

get方法就比较简单了。

四、ThreadLocal，ThreadLocalMap，Thread关系 && 内存泄漏

我放一张别人的图：

首先我们只看堆：Thread对象中有一个ThreadLocalMap对象，ThreadLocalMap对象中有很多的个Entry，一个Entry由一个ThreadLocal对象做为key，一个Object做为value。

再看一下内存泄漏问题：当一个ThreadLocal对象不再被使用（即不再存在此对象的引用（reference））但是ThreadLocalMap中还有Entry用此对象做为Key（当然，这个Entry已经上永远都不可以使用到了的，因为程序中不存在此对象的引用了）那么此对象就不能被GC所回收从而导致内存泄漏。

解决方法上：threadLocal对象调用自身的remove方法

Conclusion

2020-8-14