了解ThreadLocal 的原理及示例学习

一、认识ThreadLocal

ThreadLocal 是一种线程本地变量的实现方式。它的核心思想是：为每个线程都创建一个独立的变量副本，这样每个线程只能访问到自己线程中的副本，而无法访问到其他线程的副本，从而实现了线程之间的隔离。这种方式有点像“拿空间换时间”，通过为每个线程分配独立的存储空间，避免了线程之间的竞争和同步开销，相比使用 synchronized 的方式，性能更高。

二、ThreadLocal 的底层

ThreadLocal 内部有一个静态内部类 ThreadLocalMap，它是一个基于哈希表的存储结构，用来保存线程本地变量的副本。ThreadLocalMap 中有一个 Entry 数组，每个 Entry 保存了一个键值对：

• Key：指向 ThreadLocal 对象的弱引用（Weak Reference）。这意味着当 ThreadLocal 对象没有其他强引用时，它可能会在垃圾回收时被回收。

• Value：线程本地变量的实际值。

三、Thread Local存在的缺点 

虽然 Entry 的键（Key）是弱引用，可以在垃圾回收时被回收，但仍然可能会出现内存泄漏的问题。具体来说：

• 当 ThreadLocal 对象被垃圾回收后，Entry 的键（Key）会变成 null，但此时 Entry 的值（Value）可能仍然存在。

• 如果线程继续运行，这些键为 null 但值仍然存在的 Entry 无法被访问，也无法被垃圾回收，从而导致内存泄漏。

四、解决办法及示例 

建议在使用完 ThreadLocal 后，手动调用 remove() 方法来删除对应的 Entry，释放内存。

public class UserSession {
    // 定义一个 ThreadLocal 变量
    private static final ThreadLocal<String> userId = new ThreadLocal<>();

    // 设置用户 ID
    public static void setUserId(String id) {
        userId.set(id);
    }

    // 获取用户 ID
    public static String getUserId() {
        return userId.get();
    }

    // 清除用户 ID
    public static void clearUserId() {
        userId.remove();
    }
}

// 线程任务
class UserTask implements Runnable {
    private String userId;

    public UserTask(String userId) {
        this.userId = userId;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 设置用户 ID
        UserSession.setUserId(userId);
        System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " is processing user: " + UserSession.getUserId());

        // 模拟业务逻辑
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 清理用户 ID
        UserSession.clearUserId();
        System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " has cleared user ID.");
    }
}

public class ThreadLocalExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程
        Thread t1 = new Thread(new UserTask("user1"), "Thread-1");
        Thread t2 = new Thread(new UserTask("user2"), "Thread-2");

        // 启动线程
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

示例解释：

1. ThreadLocal 的使用：

   每个线程通过 UserSession.setUserId() 设置自己的用户 ID。每个线程通过 UserSession.getUserId() 获取自己的用户 ID。每个线程在任务完成后通过 UserSession.clearUserId() 清理自己的用户 ID。

2. 线程隔离：

   线程 1 和线程 2 各自操作自己的用户 ID，互不干扰。ThreadLocal 为每个线程创建了一个独立的用户 ID 副本，存储在 ThreadLocalMap 中。

3. 内存泄漏的预防：

   在线程任务结束时，调用了 UserSession.clearUserId()，这会删除 ThreadLocalMap 中对应的 Entry，避免了内存泄漏。