【Java核心知识】ThreadLocal相关知识

分手后的思念是犯贱 2024-03-26 22:50 170阅读 0赞

## ThreadLocal ##

### 什么是ThreadLocal ###

`ThreadLoacal`类可以为每个线程`保存一份独有的变量`，该变量对于每个线程都是独占的。实现原理为每个`Thread`类中包含一个`ThreadHashMap`，`key`为变量的`对应的ThreadLocal对象`，`value`为变量的`值`。

在日常使用中，我们可以通过`set(value)`方法设置值，然后通过`get()`方法获取值，示例代码如下：

我们通过线程池执行了五个线程，每个线程都有一份自己独有的`id变量`，实现了线程间的数据隔离。

@Slf4j
    public class ThreadLocalTest {
        
        // ThreadLocal 变量，每个线程都有自己的副本
        private static final ThreadLocal<Integer> id = new ThreadLocal<>();
    
        @Test
        public void testThreadLocal() {
        
            // 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    
            try {
        
                for (int i = 0; i < 5; i ++) {
        
                    int finalI = i;
                    executorService.execute(() -> {
        
                        // 设置ThreadLocal 变量    
                        id.set(finalI);
                        // 获取ThreadLocal变量
                        log.info("The id of thread {} is {}", Thread.currentThread().getName(), id.get());
                    });
                }
            } finally {
        
                id.remove();
                executorService.shutdown();
            }
        }
    }

> 传统的`HashMap`是链地址法，发生碰撞放入桶内；`ThreadLocalMap`是开放地址法，发生冲突放到后一位

### 实现原理 ###

那如何实现这种线程间的数据隔离呢？一种容易想到的方法是在`Map`中进行存储，每个`ThreadLocal`变量内维护一个`Map`，其中`key`为每个线程的`ID`，`value`为对应的值。这样当调用`get()`方法时，会通过`hash算法`找到对应线程的值。

`jdk`也确实是这么做的，只不过存放元素`Map`的实现不是`HashMap`，而是`ThreadLocalMap`，解决冲突的做法是`开放寻址法`，即出现冲突就往下一个临近位置找，直到找到空位置。

早期的实现中，多个线程会共享一个`ThreadLocalMap`，这样随着线程数的增加，`map`就需要扩容，会消耗较多的资源；

后来，每个线程都有自己的一个`ThreadLocalMap`，各自保存自己的局部变量，`key`为变量名，`value`为变量值。

因为局部变量很少，所以一般不需要扩容。

### 内存泄漏 ###

下面这张图是`ThreadLocal`对应的引用关系，可以看到，在新的设计下，`ThreadLocalMap`存在于`Thread`中，是和`Thread`的生命周期一致的。

![在这里插入图片描述][11baf134511b4c4da885c219a038035f.png]

`ThreadLocalMap`的`key`为`ThreadLocal`对象，`value`是对应的值，需要注意的是`ThreadHashMap`的`key`会使用弱引用，这主要是为了当`ThreadLocal`为`null`后，除了`ThreadHashMap`持有的弱引用外，没有别的强引用，`ThreadLocal`对象可以被`GC回收`。

但是这样就导致`ThreadHashMap`中对应的`key`为`null`，其`value`引用的对象不会被`GC回收`，从而出现了内存泄漏。

所以在使用完`ThreadLocal`变量后，尽量使用`remove()`方法进行清理，这样会把`key`为`null`的键值对删除。

再回到上面的示例，上面的示例我们使用final修饰了`ThreadLocal`，保证其不会被修改，这样做会导致`ThreadLocal`永远存在强引用，不会被释放，容易发生内存泄露，所以需要我们显示调用`remove()`方法进行清理。

### 参考链接 ###

[ThreadLocal的内存泄露？什么原因？如何避免？][ThreadLocal]

[11baf134511b4c4da885c219a038035f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/11/b0e0db22c90a4849842da1040f480d4f.png
[ThreadLocal]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/102571059