浅析ThreadLocal使用及实现原理

深藏阁楼爱情的钟 2023-10-13 15:30 81阅读 0赞

#### 1.ThreadLocal是什么 ####

该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。这些变量不同于它们的普通对应物，因为访问某个变量（通过其`get` 或 `set`方法）的每个线程都有自己的局部变量，它独立于变量的初始化副本。`ThreadLocal`实例通常是类中的 private static 字段，它们希望将状态与某一个线程（例如，用户 ID 或事务 ID）相关联 。所以ThreadLocal与线程同步机制不同，线程同步机制是多个线程共享同一个变量，而ThreadLocal是为每一个线程创建一个单独的变量副本，故而每个线程都可以独立地改变自己所拥有的变量副本，而不会影响其他线程所对应的副本。可以这么说ThreadLocal为多线程环境下变量问题提供了另外一种解决思路 。

`Thread`类有一个类型为`ThreadLocal.ThreadLocalMap`的实例变量`threadLocals`，也就是说每个线程有一个自己的`ThreadLocalMap`。

`ThreadLocalMap`有自己的独立实现，可以简单地将它的`key`视作`ThreadLocal`，`value`为代码中放入的值（实际上`key`并不是`ThreadLocal`本身，而是它的一个**弱引用**）。

每个线程在往`ThreadLocal`里放值的时候，都会往自己的`ThreadLocalMap`里存，读也是以`ThreadLocal`作为引用，在自己的`map`里找对应的`key`，从而实现了**线程隔离**。

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#### 2.ThreadLocal使用示例 ####

示例一：

java

复制代码

`package com.shepherd.example.juc; /** * @author fjzheng * @version 1.0 * @date 2022/4/24 17:52 */ public class ThreadLocalDemo { private static ThreadLocal<Integer> countValue = new ThreadLocal<Integer>(){ // 实现initialValue() public Integer initialValue() { return 0; } }; public int nextSeq(){ countValue.set(countValue.get() + 1); return countValue.get(); } public static void main(String[] args){ ThreadLocalDemo demo = new ThreadLocalDemo(); MyThread thread1 = new MyThread(demo); MyThread thread2 = new MyThread(demo); MyThread thread3 = new MyThread(demo); MyThread thread4 = new MyThread(demo); thread1.start(); thread2.start(); thread3.start(); thread4.start(); } private static class MyThread extends Thread{ private ThreadLocalDemo demo; MyThread(ThreadLocalDemo demo){ this.demo = demo; } @Override public void run() { for(int i = 0 ; i < 3 ; i++){ System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " countValue :" + demo.nextSeq()); } } } }`

通过设置一个countValue变量，然后每个线程绑定该变量，同时进行值更新操作，测试证明各个线程互相不影响，示例结果返回如下：

vbnet

复制代码

`Thread-0 seqCount :1 Thread-3 seqCount :1 Thread-2 seqCount :1 Thread-1 seqCount :1 Thread-2 seqCount :2 Thread-3 seqCount :2 Thread-0 seqCount :2 Thread-3 seqCount :3 Thread-2 seqCount :3 Thread-1 seqCount :2 Thread-0 seqCount :3 Thread-1 seqCount :3 Process finished with exit code 0`

示例二：平时我们用的比较多使用threadlocal存储登录，方便一次请求调用上下文获取登录信息

java

复制代码

`@Component public class AuthInterceptor implements HandlerInterceptor { private static final String AUTHORIZE_TOKEN = "authorization"; public static ThreadLocal<LoginVO> localUser = new ThreadLocal<>(); @Override public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception { //网关服务会把token放在header里面 String token = request.getHeader(AUTHORIZE_TOKEN); //如果为空，则输出错误代码 if (StringUtils.isBlank(token)) { //设置方法不允许被访问，405错误代码 response.setStatus(HttpStatus.METHOD_NOT_ALLOWED.value()); return false; } //解析令牌数据 try { Claims claims = JwtUtil.parseJWT(token); LoginVO loginVO = JSONObject.parseObject(claims.getSubject(), LoginVO.class); localUser.set(loginVO); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); //解析失败，响应401错误 response.setStatus(HttpStatus.UNAUTHORIZED.value()); return false; } return true; } }`

#### 3.ThreadLocal源码 ####

ThreadLocal虽然解决了这个多线程变量的复杂问题，但是它的源码实现却是比较简单的。ThreadLocalMap是实现ThreadLocal的关键，我们先从它入手。

**ThreadLocalMap**

ThreadLocalMap其内部利用Entry来实现key-value的存储，如下：

scala

复制代码

`static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { /** The value associated with this ThreadLocal. */ Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { super(k); value = v; } }`

从上面代码中可以看出Entry的key就是ThreadLocal，而value就是值。同时，Entry也继承WeakReference，所以说Entry所对应key（ThreadLocal实例）的引用为一个弱引用.

ThreadLocalMap的源码稍微多了点，我们就看两个最核心的方法getEntry()、set(ThreadLocal> key, Object value)方法。

**set(ThreadLocal> key, Object value)**

ini

复制代码

`private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) { ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] tab = table; int len = tab.length; // 根据 ThreadLocal 的散列值，查找对应元素在数组中的位置 int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); // 采用“线性探测法”，寻找合适位置 for (ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { ThreadLocal<?> k = e.get(); // key 存在，直接覆盖 if (k == key) { e.value = value; return; } // key == null，但是存在值（因为此处的e != null），说明之前的ThreadLocal对象已经被回收了 if (k == null) { // 用新元素替换陈旧的元素 replaceStaleEntry(key, value, i); return; } } // ThreadLocal对应的key实例不存在也没有陈旧元素，new 一个 tab[i] = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry(key, value); int sz = ++size; // cleanSomeSlots 清楚陈旧的Entry（key == null） // 如果没有清理陈旧的 Entry 并且数组中的元素大于了阈值，则进行 rehash if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) rehash(); }`

**get()**

> 返回当前线程所对应的线程变量

java

复制代码

`public T get() { // 获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); // 获取当前线程的成员变量 threadLocal ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { // 从当前线程的ThreadLocalMap获取相对应的Entry ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") // 获取目标值 T result = (T)e.value; return result; } } return setInitialValue(); }`

首先通过当前线程获取所对应的成员变量ThreadLocalMap，然后通过ThreadLocalMap获取当前ThreadLocal的Entry，最后通过所获取的Entry获取目标值result。

getMap()方法可以获取当前线程所对应的ThreadLocalMap，如下：

javascript

复制代码

`ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }`

**set(T value)**

> 设置当前线程的线程局部变量的值。

scss

复制代码

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

获取当前线程所对应的ThreadLocalMap，如果不为空，则调用ThreadLocalMap的set()方法，key就是当前ThreadLocal，如果不存在，则调用createMap()方法新建一个，如下：

javascript

复制代码

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

#### 4.ThreadLocal为什么会内存泄漏 ####

前面提到每个Thread都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap的map，该map的key为ThreadLocal实例，它为一个弱引用，我们知道弱引用有利于GC回收。当ThreadLocal的key == null时，GC就会回收这部分空间，但是value却不一定能够被回收，因为他还与Current Thread存在一个强引用关系，如下

![format_png][]

由于存在这个强引用关系，会导致value无法回收。如果这个线程对象不会销毁那么这个强引用关系则会一直存在，就会出现内存泄漏情况。所以说只要这个线程对象能够及时被GC回收，就不会出现内存泄漏。如果碰到线程池，那就更坑了。

那么要怎么避免这个问题呢？

在ThreadLocalMap中的setEntry()、getEntry()，如果遇到key == null的情况，会对value设置为null。当然我们也可以显示调用ThreadLocal的remove()方法进行处理。

下面再对ThreadLocal进行简单的总结：

1.ThreadLocal 不是用于解决共享变量的问题的，也不是为了协调线程同步而存在，而是为了方便每个线程处理自己的状态而引入的一个机制。这点至关重要。

2.每个Thread内部都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量，该成员变量用来存储实际的ThreadLocal变量副本。

3.hreadLocal并不是为线程保存对象的副本，它仅仅只起到一个索引的作用。它的主要木得视为每一个线程隔离一个类的实例，这个实例的作用范围仅限于线程内部。

[github.com_plasticene]: https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fplasticene%2Fplasticene-boot-starter-parent
[gitee.com_plasticene3]: https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fgitee.com%2Fplasticene3%2Fplasticene-boot-starter-parent
[format_png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/d2e80eec1668db5a8aad3a216b0fbc36.webp?x-oss-process=image/format,png