ThreadLocal、单例模式和多线程、ConcurrentHashMap、CopyOnWrite容器

最新推荐文章于 2025-07-11 17:48:55 发布

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#ThreadLocal #单例模式 #ConcurrentHashMap #CopyOnWrite容器 #多线程

本文详细介绍了Java中的ThreadLocal机制，包括其实现原理和使用示例。接着讨论了单例模式在多线程环境下的实现，如饿汉式和懒汉式的应用。然后讲解了ConcurrentHashMap的并发控制策略，以及如何避免并发问题。最后，探讨了CopyOnWrite容器的概念和适用场景，指出其在读多写少的并发场景中的优势。

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什么是ThreadLocal？

先看看JDK中的源码是怎样描述的：

This class provides thread-local variables. These variables differ from their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized copy of the variable. {@code ThreadLocal} instances are typically private static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g., a user ID or Transaction ID).

翻译过来大概是这样的：ThreadLocal类用来提供线程内部的局部变量。这种变量在多线程环境下访问(通过get或set方法访问)时能保证各个线程里的变量相对独立于其他线程内的变量。ThreadLocal实例通常来说都是private static类型的，用于关联线程和线程的上下文。

总结为一句话：ThreadLocal的作用是提供线程内的局部变量，这种变量在线程的生命周期内起作用，减少同一个线程内多个函数或者组件之间一些公共变量的传递的复杂度。

下面是使用 ThreadLocal 的一个完整示例：

public class ThreadLocalDemo {
    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();
    private static int value = 0;

    public static class ThreadLocalThread implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            threadLocal.set((int)(Math.random() * 100));
            value = (int) (Math.random() * 100);
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.printf(Thread.currentThread().getName() + ": threadLocal=%d, value=%d\n", threadLocal.get(), value);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new ThreadLocalThread());
        Thread thread2 = new Thread(new ThreadLocalThread());
        thread.start();
        thread2.start();
        thread.join();
        thread2.join();
    }
}

下面是一种可能的输出：

Thread-0: threadLocal=87, value=15
Thread-1: threadLocal=69, value=15

我们看到虽然 threadLocal 是静态变量，但是每个线程都有自己的值，不会受到其他线程的影响。

具体实现
ThreadLocal 的实现思想，我们在前面已经说了，每个线程维护一个ThreadLocalMap的映射表，映射表的 key 是 ThreadLocal 实例本身，value 是要存储的副本变量。ThreadLocal 实例本身并不存储值，它只是提供一个在当前线程中找到副本值的 key。如下图所示：