搞懂Java并发—ThreadLocal

大家好，欢迎来到Tlog4J课堂，我是Jensen，今天咱们来简单聊聊ThreadLocal。,ThreadLocal是通过线程隔离的方式防止任务在共享资源上产生冲突, 线程本地存储是一种自动化机制，可以为使用相同变量的每个不同线程都创建不同的存储。,线程安全(是指广义上的共享资源访问安全性，因为线程隔离是通过副本保证本线程访问资源安全性，它不保证线程之间还存在共享关系的狭义上的安全性)的解决思路：,本地存储(Thread Local)，在官网的解释是这样的：,总结而言：ThreadLocal是一个将在多线程中为每一个线程创建单独的变量副本的类;当使用ThreadLocal来维护变量时, ThreadLocal会为每个线程创建单独的变量副本, 避免因多线程操作共享变量而导致的数据不一致的情况。,提到ThreadLocal被提到应用最多的是session管理和数据库链接管理，这里以数据访问为例帮助你理解ThreadLocal：,很显然，在多线程中使用会存在线程安全问题：,第一，这里面的2个方法都没有进行同步，很可能在openConnection方法中会多次创建connect。,第二，由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程调用closeConnection关闭链接。,你可能会说，将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理，比如用Synchronized或者ReentrantLock互斥锁。,这里再抛出一个问题：这地方到底需不需要将connect变量进行共享?事实上是不需要的。,假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的，修改后的代码可以这样：,这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。,但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序的执行性能。,由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不仅严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。,那么这种情况下使用ThreadLocal是再适合不过的了，因为ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。,下面就是网上出现最多的例子：,ThreaLocal的JDK文档中说明：如果我们希望通过某个类将状态(例如用户ID、事务ID)与线程关联起来，那么通常在这个类中定义private static类型的ThreadLocal实例。,但是要注意，虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用ThreadLocal要大。,主要是用到了Thread对象中的一个ThreadLocalMap类型的变量threadLocals, 负责存储当前线程的关于Connection的对象, dbConnectionLocal(以上述例子中为例) 这个变量为Key, 以新建的Connection对象为Value。,这样的话, 线程第一次读取的时候如果不存在就会调用ThreadLocal的initialValue方法创建一个Connection对象并且返回。,具体关于为线程分配变量副本的代码如下:,如果存在则直接返回很好理解, 那么对于初始化的代码又是怎样的呢?,同时, ThreadLocal还提供了直接操作Thread对象中的threadLocals的方法。,这样也可以不实现initialValue, 将初始化工作放到DBConnectionFactory的getConnection方法中:,那么看过代码之后就很清晰的知道了为什么ThreadLocal能够实现变量的多线程隔离了; 其实就是用了Map的数据结构给当前线程缓存了, 要使用的时候就从本线程的threadLocals对象中获取就可以了, key就是当前线程。,当然了，在当前线程下获取当前线程里面的Map里面的对象并操作肯定没有线程并发问题了, 当然能做到变量的线程间隔离了。,现在知道了ThreadLocal到底是什么了, 又知道了如何使用ThreadLocal以及其基本实现原理了是不是就可以结束了呢? 其实还有一个问题就是ThreadLocalMap是个什么对象, 为什么要用这个对象呢?,本质上来讲，它就是一个Map, 但是这个ThreadLocalMap与我们平时见到的Map有点不一样,要了解ThreadLocalMap的实现, 我们先从入口开始, 就是往该Map中添加一个值:,先进行简单的分析, 对该代码表层意思进行解读：,了解完Set方法, 后面就是Get方法了：,先找到ThreadLocal的索引位置, 如果索引位置处的entry不为空并且键与threadLocal是同一个对象, 则直接返回; 否则去后面的索引位置继续查找。,网上有这样一个例子：,如果用线程池来操作ThreadLocal 对象确实会造成内存泄露, 因为对于线程池里面不会销毁的线程, 里面总会存在着的强引用。,这是因为final static 修饰的 ThreadLocal 并不会释放, 而ThreadLocalMap 对于 Key 虽然是弱引用, 但是强引用不会释放, 弱引用当然也会一直有值, 同时创建的LocalVariable对象也不会释放, 就造成了内存泄露。,如果LocalVariable对象不是一个大对象的话, 其实泄露的并不严重, 泄露的内存 = 核心线程数 * LocalVariable对象的大小。,所以, 为了避免出现内存泄露的情况, ThreadLocal提供了一个清除线程中对象的方法, 即 remove, 其实内部实现就是调用 ThreadLocalMap 的remove方法:,找到Key对应的Entry, 并且清除Entry的Key(ThreadLocal)置空, 随后清除过期的Entry即可避免内存泄露。,再回想上文说的，如果我们希望通过某个类将状态(例如用户ID、事务ID)与线程关联起来，那么通常在这个类中定义private static类型的ThreadLocal 实例。,经典的另外一个例子：,还有一种用法是在线程类内部创建ThreadLocal，基本步骤如下：,看看阿里巴巴 java 开发手册中推荐的 ThreadLocal 的用法:,然后我们再要用到 DateFormat 对象的地方，这样调用：,