ThreadLocal学习

最新推荐文章于 2022-09-29 14:54:30 发布

kris999

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分类专栏： Java

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/kris1025/article/details/80236279

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前言

一、什么是ThreadLocal
二、为什么要学习ThreadLocal？
2.1管理Connection
2.2避免一些参数传递
三、ThreadLocal实现的原理
3.1ThreadLocal原理总结
四、避免内存泄露
五、总结

前言
今天要研究的是ThreadLocal，这个我在一年前学习JavaWeb基础的时候接触过一次，当时在baidu搜出来的第一篇博文ThreadLocal，在评论下很多开发者认为那博主理解错误，给出了很多有关的链接来指正(可原博主可能没上博客了，一直没做修改)。我也去学习了一番，可惜的是当时还没有记录的习惯，直到现在仅仅记住了一些当时学过的皮毛。
因此，做一些技术的记录是很重要的～同时，ThreadLocal也是面试非常常见的面试题，对Java开发者而言也是一个必要掌握的知识点～
当然了，如果我有写错的地方请大家多多包涵，欢迎在评论下留言指正～
一、什么是ThreadLocal
声明：本文使用的是JDK 1.8
首先我们来看一下JDK的文档介绍：

/**
 * 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).
 * 
 * <p>For example, the class below generates unique identifiers local to each
 * thread.
 * A thread's id is assigned the first time it invokes {@code ThreadId.get()}
 * and remains unchanged on subsequent calls.
 */

结合我的总结可以这样理解：ThreadLocal提供了线程的局部变量，每个线程都可以通过set()和get()来对这个局部变量进行操作，但不会和其他线程的局部变量进行冲突，实现了线程的数据隔离～。
简要言之：往ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的。
二、为什么要学习ThreadLocal？
从上面可以得出：ThreadLocal可以让我们拥有当前线程的变量，那这个作用有什么用呢？？？
2.1管理Connection
最典型的是管理数据库的Connection：当时在学JDBC的时候，为了方便操作写了一个简单数据库连接池，需要数据库连接池的理由也很简单，频繁创建和关闭Connection是一件非常耗费资源的操作，因此需要创建数据库连接池～
那么，数据库连接池的连接怎么管理呢？？我们交由ThreadLocal来进行管理。为什么交给它来管理呢？？ThreadLocal能够实现当前线程的操作都是用同一个Connection，保证了事务！
当时候写的代码：
public class DBUtil {
//数据库连接池
private static BasicDataSource source;

//为不同的线程管理连接
private static ThreadLocal<Connection> local;


static {
    try {
        //加载配置文件
        Properties properties = new Properties();

        //获取读取流
        InputStream stream = DBUtil.class.getClassLoader().getResourceAsStream("连接池/config.properties");

        //从配置文件中读取数据
        properties.load(stream);

        //关闭流
        stream.close();

        //初始化连接池
        source = new BasicDataSource();

        //设置驱动
        source.setDriverClassName(properties.getProperty("driver"));

        //设置url
        source.setUrl(properties.getProperty("url"));

        //设置用户名
        source.setUsername(properties.getProperty("user"));

        //设置密码
        source.setPassword(properties.getProperty("pwd"));

        //设置初始连接数量
        source.setInitialSize(Integer.parseInt(properties.getProperty("initsize")));

        //设置最大的连接数量
        source.setMaxActive(Integer.parseInt(properties.getProperty("maxactive")));

        //设置最长的等待时间
        source.setMaxWait(Integer.parseInt(properties.getProperty("maxwait")));

        //设置最小空闲数
        source.setMinIdle(Integer.parseInt(properties.getProperty("minidle")));

        //初始化线程本地
        local = new ThreadLocal<>();


    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

public static Connection getConnection() throws SQLException {
    //获取Connection对象
    Connection connection = source.getConnection();

    //把Connection放进ThreadLocal里面
    local.set(connection);

    //返回Connection对象
    return connection;
}

//关闭数据库连接
public static void closeConnection() {
    //从线程中拿到Connection对象
    Connection connection = local.get();

    try {
        if (connection != null) {
            //恢复连接为自动提交
            connection.setAutoCommit(true);

            //这里不是真的把连接关了,只是将该连接归还给连接池
            connection.close();

            //既然连接已经归还给连接池了,ThreadLocal保存的Connction对象也已经没用了
            local.remove();

        }
    } catch (SQLException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

}
同样的，Hibernate对Connection的管理也是采用了相同的手法(使用ThreadLocal，当然了Hibernate的实现是更强大的)～
2.2避免一些参数传递
避免一些参数的传递的理解可以参考一下Cookie和Session：
每当我访问一个页面的时候，浏览器都会帮我们从硬盘中找到对应的Cookie发送过去。
浏览器是十分聪明的，不会发送别的网站的Cookie过去，只带当前网站发布过来的Cookie过去
浏览器就相当于我们的ThreadLocal，它仅仅会发送我们当前浏览器存在的Cookie(ThreadLocal的局部变量)，不同的浏览器对Cookie是隔离的(Chrome,Opera,IE的Cookie是隔离的【在Chrome登陆了，在IE你也得重新登陆】)，同样地：线程之间ThreadLocal变量也是隔离的…
那上面避免了参数的传递了吗？？其实是避免了。Cookie并不是我们手动传递过去的，并不需要写来进行传递参数…
在编写程序中也是一样的：日常中我们要去办理业务可能会有很多地方用到身份证，各类证件，每次我们都要掏出来很麻烦
// 咨询时要用身份证，学生证，房产证等等…
public void consult(IdCard idCard,StudentCard studentCard,HourseCard hourseCard){

}

// 办理时还要用身份证，学生证，房产证等等....
public void manage(IdCard idCard,StudentCard studentCard,HourseCard hourseCard) {

}

//......

而如果用了ThreadLocal的话，ThreadLocal就相当于一个机构，ThreadLocal机构做了记录你有那么多张证件。用到的时候就不用自己掏了，问机构拿就可以了。
在咨询时的时候就告诉机构：来，把我的身份证、房产证、学生证通通给他。在办理时又告诉机构：来，把我的身份证、房产证、学生证通通给他。…
// 咨询时要用身份证，学生证，房产证等等…
public void consult(){

    threadLocal.get();
}

// 办理时还要用身份证，学生证，房产证等等....
public void takePlane() {
    threadLocal.get();
}

这样是不是比自己掏方便多了。
当然了，ThreadLocal可能还会有其他更好的作用，如果知道的同学可在评论留言哦～～～
三、ThreadLocal实现的原理
想要更好地去理解ThreadLocal，那就得翻翻它是怎么实现的了～～～
声明：本文使用的是JDK 1.8
首先，我们来看一下ThreadLocal的set()方法，因为我们一般使用都是new完对象，就往里边set对象了
public void set(T value) {

    // 得到当前线程对象
    Thread t = Thread.currentThread();
    
    // 这里获取ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);

    // 如果map存在，则将当前线程对象t作为key，要存储的对象作为value存到map里面去
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

上面有个ThreadLocalMap，我们去看看这是什么？
static class ThreadLocalMap {

    /**
     * The entries in this hash map extend WeakReference, using
     * its main ref field as the key (which is always a
     * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
     * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
     * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
     * as "stale entries" in the code that follows.
     */
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
        /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;

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

}
通过上面我们可以发现的是ThreadLocalMap是ThreadLocal的一个内部类。用Entry类来进行存储
我们的值都是存储到这个Map上的，key是当前ThreadLocal对象！
如果该Map不存在，则初始化一个：

  void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

如果该Map存在，则从Thread中获取！
    /**
     * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param  t the current thread
     * @return the map
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
Thread维护了ThreadLocalMap变量
    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null

从上面又可以看出，ThreadLocalMap是在ThreadLocal中使用内部类来编写的，但对象的引用是在Thread中！
于是我们可以总结出：Thread为每个线程维护了ThreadLocalMap这么一个Map，而ThreadLocalMap的key是LocalThread对象本身，value则是要存储的对象
有了上面的基础，我们看get()方法就一点都不难理解了：

  public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

3.1ThreadLocal原理总结
1 每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用
2 ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，用Entry来进行存储
3 调用ThreadLocal的set()方法时，实际上就是往ThreadLocalMap设置值，key是ThreadLocal对象，值是传递进来的对象
4 调用ThreadLocal的get()方法时，实际上就是往ThreadLocalMap获取值，key是ThreadLocal对象
5 ThreadLocal本身并不存储值，它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value。
正因为这个原理，所以ThreadLocal能够实现“数据隔离”，获取当前线程的局部变量值，不受其他线程影响～
四、避免内存泄露
我们来看一下ThreadLocal的对象关系引用图：
这里写图片描述
ThreadLocal内存泄漏的根源是：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏，而不是因为弱引用。
想要避免内存泄露就要手动remove()掉！
五、总结
ThreadLocal这方面的博文真的是数不胜数，随便一搜就很多很多～站在前人的肩膀上总结了这篇博文～
最后要记住的是:ThreadLocal设计的目的就是为了能够在当前线程中有属于自己的变量，并不是为了解决并发或者共享变量的问题
如果看得不够过瘾，觉得不够深入的同学可参考下面的链接，很多的博主还开展了一些扩展知识，我就不一一展开了～
参考博文：
http://blog.xiaohansong.com/2016/08/06/ThreadLocal-memory-leak/
https://www.cnblogs.com/zhangjk1993/archive/2017/03/29/6641745.html#_label2
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html
http://www.iteye.com/topic/103804
https://www.cnblogs.com/xzwblog/p/7227509.html
https://blog.youkuaiyun.com/u012834750/article/details/71646700
https://blog.youkuaiyun.com/winwill2012/article/details/71625570
https://juejin.im/post/5a64a581f265da3e3b7aa02d