Java并发编程—ThreadLocal底层原理

作者：Java3y
链接：https://www.zhihu.com/question/341005993/answer/793627819
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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urlsource.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)～

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ThreadLocalMapThreadLocalMap 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);elsecreateMap(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

每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用
ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，用Entry来进行存储
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
调用ThreadLocal的get()方法时，实际上就是往ThreadLocalMap获取值，key是ThreadLocal对象
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：

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

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