ThreadLocal--使用、原理

叁歲伎倆 2021-08-28 19:36 465阅读 0赞

### ThreadLocal ###

ThreadLocal，即线程变量，是一个以ThreadLocal为键、任意对象为值得存储结构。这个结构被附带在线程上，也就是说`一个线程可以根据一个ThreadLocal对象查询到绑定在这个线程上的一个值`。

可以通过`set(T)`方法来设置一个值，在当前线程下再通过`get()`方法获取到原先设置的值。

public class ThreadLocal_Test implements Runnable { 
    
        private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
    
        private static final ThreadLocal<Integer> threadId = ThreadLocal.withInitial(
                () -> nextId.getAndIncrement());
    
        public static void main(String[] args) { 
            for (int i = 0; i < 5; i++) { 
                ThreadLocal_Test t = new ThreadLocal_Test();
                new Thread(t).start();
            }
        }
    
        @Override
        public void run() { 
            System.out.println(threadId.get());
            threadId.set(10);
            System.out.println(threadId.get());
        }
    }

#### 常用方法 ####

*  `protected T initialValue()`  
    返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。 该方法将在第一次使用get()方法访问变量时被调用，除非线程先前调用了set(T)方法，在这种情况下， initialValue方法将不会被调用。 通常情况下，这种方法最多每个线程调用一次，但如果调用了remove()方法删除了值，再次调用get()方法获取值，则会重新调用initialValue()初始化一个值 。  
    该方法默认实现返回null，如果不希望初始值为null，则必须重写该方法。
 *  `public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier)`  
    创建线程局部变量。 变量的初始值是通过调用Suppier的get()方法来构建。
 *  `ublic T get()`  
    返回当前线程的线程变量的值。 如果没有值，则首先将其初始化为调用initialValue()方法返回的值。
 *  `public void set(T value)`  
    将当前线程的线程变量设置为指定的值。
 *  `public void remove()`  
    删除当前线程的线程变量的值，如果随后的操作为get()，则会通过initialValue()方法重新初始化值。

#### 原理 ####

因为一个线程内存在多个ThreadLocal对象，所以其实是ThreadLocal内部维护了一个Map，这个Map是ThreadLocal实现的一个叫做ThreadLocalMap的静态内部类。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  SuppliedThreadLocal：ThreadLocal子类，重写了initialValue()方法，用于支持withInitial()方法。
 *  ThreadLocalMap：即为上文所说的存储线程变量映射的Map。
 *  Entry：ThreadLocalMap使用Entry数组来存储映射，Entry继承了WeakReference。

而Thread类中存在如下字段：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

ThreadLocal的get(),set(),remove()方法都是通过调用底层ThreadLocalMap的相应方法实现的。

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();
        }
    
    public void set(T value) { 
            Thread t = Thread.currentThread();
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
        }
    
    
    public void remove() { 
             ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
             if (m != null)
                 m.remove(this);
         }

#### 实际应用：解决SimpleDateFormat非线程安全问题 ####

public class DateUtil { 
        private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> format1 = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() { 
            @Override
            protected SimpleDateFormat initialValue() { 
                return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
            }
        };
    
        public static String formatDate(Date date) { 
            return format1.get().format(date);
        }
    }

### ThreadLocal的内存泄漏问题 ###

实际上 ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，弱引用的特点是，如果这个对象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的时候必然会被清理掉。

所以如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候会被清理掉的，这样一来 ThreadLocalMap中使用这个 ThreadLocal 的 key 也会被清理掉。但是，value 是强引用，不会被清理，这样一来就会出现 key 为 null 的 value。

ThreadLocalMap实现中已经考虑了这种情况，在调用 set()、get()、remove() 方法的时候，会清理掉 key 为 null 的记录。如果说会出现内存泄漏，那只有在出现了 key 为 null 的记录后，没有手动调用 remove() 方法，并且之后也不再调用 get()、set()、remove() 方法的情况下。

[详细原理][Link 1]

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/cold___play/article/details/105936714