详解Java中ThreadLocal类型及简单用法

• • 4.1 set(object)
  • 4.4 threadlocalmap

1 基本概念

threadlocal类提供了线程局部变量。这些变量与普通变量的不同之处在于，每个访问一个变量(通过其get或set方法)的线程都有自己的、独立初始化的变量副本。threadlocal实例通常是希望将状态与线程关联起来的类中的私有静态字段(例如，用户id或事务id)。

例如，下面的类生成每个线程本地的唯一标识符。 线程的id在第一次调用threadid.get()时被赋值，并且在后续调用中保持不变。

public class threadid {
    // 包含要分配的下一个线程id的原子整数
    private static final atomicinteger nextid = new atomicinteger(0);

    // 包含每个线程id的线程局部变量
    private static final threadlocal<integer> threadid = new threadlocal<integer>() {
        @override 
        protected integer initialvalue() {
            return nextid.getandincrement();
        }
    };

    // 返回当前线程的唯一id，并在必要时赋值
    public static int get() {
        return threadid.get();
    }
}

只要线程是活的并且threadlocal实例是可访问的，每个线程都持有一个对线程局部变量副本的隐式引用; 当一个线程离开后，它的所有线程本地实例副本都将被垃圾收集(除非存在对这些副本的其他引用)

2 简单使用

private static threadlocal<string> threadlocal = new threadlocal();

private static void print(string thread) {
    //打印当前线程中本地内存中本地变量的值
    system.out.println(thread + " :" + threadlocal.get());
    //清除本地内存中的本地变量
    threadlocal.remove();
}

public static void main(string[] args) {
    new thread(() -> {
        //设置线程1副本变量的值
        threadlocal.set("i am thread1");
        //调用打印方法
        print("thread1");
        //打印本地变量
        system.out.println("after remove : " + threadlocal.get());
    }).start();

    new thread(() -> {
        //设置线程2副本变量的值
        threadlocal.set("i am thread2");
        //调用打印方法
        print("thread2");
        system.out.println("after remove : " + threadlocal.get());
    }).start();
}

运行结果：

thread1 :i am thread1
thread2 :i am thread2
after remove : null
after remove : null

由上边的程序可以看出，threadlocal就是将本地变量在多线程访问条件下给每个线程一个副本变量，图示：

3 应用场景

最典型应用场景就是spring的声明式事务、 解决数据库连接、session管理

那数据库链接为例：

将数据库的链接示例在每个线程中都有一份副本数据，在某一个线程关闭连接的时候就不会关闭其他链接，session同理。

private static final threadlocal<connection> connection = new threadlocal() {
    @override
    protected object initialvalue() {
        return connection.getconnection();
    }
};

private static connection getconnections() {
    return connection.get();
}

public static void main(string[] args) {
    new thread(() -> {
        connection connection = getconnections();
        //不会关闭其他链接
        connection.close();
    }).start();
    new thread(() -> {
        connection connection = getconnections();
        connection.close();
    }).start();
}

4 底层原理

threadlocal类型主要有3个方法和一个数据结构，分别是get()、set(object)、remove()及threadlocalmap

4.1 set(object)

将该线程局部变量的当前线程副本设置为指定的值。 大多数子类都不需要重写这个方法，只依赖于initialvalue方法来设置线程局部变量的值。

参数: value -要存储在当前线程本地线程的副本中的值。

public void set(t value) {
    //获取调用者线程
    thread t = thread.currentthread();
    //以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的map
    threadlocalmap map = getmap(t);
    //如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前定义的threadlocal变量的this引用，值为添加的本地变量值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map
    else
        createmap(t, value);
}

4.2 get()

返回该线程局部变量的当前线程副本中的值。 如果变量在当前线程中没有值，则首先将其初始化为initialvalue方法调用所返回的值。

返回: 这个线程本地的当前线程值

public t get() {
    thread t = thread.currentthread();
    //获取当前线程的threadlocals变量	
    threadlocalmap map = getmap(t);
    //如果threadlocals变量不为null，就可以在map中查找到本地变量的值
    if (map != null) {
        threadlocalmap.entry e = map.getentry(this);
        if (e != null) {
            @suppresswarnings("unchecked")
            t result = (t)e.value;
            return result;
        }
    }
    //执行到此处，threadlocals为null，调用该更改初始化当前线程的threadlocals变量
    return setinitialvalue();
}

private t setinitialvalue() {
    //protected t initialvalue() {return null;}
    t value = initialvalue();
    //获取当前线程
    thread t = thread.currentthread();
    //以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的map
    threadlocalmap map = getmap(t);
    //如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前线程，值为添加的本地变量值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map
    else
        createmap(t, value);
    return value;
}

4.3 remove()

移除此线程局部变量的当前线程值。如果这个线程局部变量随后被当前线程读取，它的值将通过调用它的initialvalue方法重新初始化，除非它的值是由当前线程在中间设置的。这可能导致在当前线程中多次调用initialvalue方法。

public void remove() {
    //获取当前线程绑定的threadlocals
    threadlocalmap m = getmap(thread.currentthread());
    //如果map不为null，就移除当前线程中指定threadlocal实例的本地变量
    if (m != null)
        m.remove(this);
}

4.4 threadlocalmap

static class threadlocalmap {
    static class entry extends weakreference<threadlocal<?>> {
        object value;
        entry(threadlocal<?> k, object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }
    private static final int initial_capacity = 16;
    //有效entry数组
    private entry[] table;
    //大小
    private int size = 0;
    //负载因子
    private int threshold; // default to 0
}

5 内存泄漏隐患和防止策略

5.1 为什么会发生内存泄漏？

在线程池中线程的存活时间太长，往往都是和程序同生共死的，这样 thread 持有的 threadlocalmap 一直都不会被回收，再加上 threadlocalmap 中的 entry 对 threadlocal 是弱引用（weakreference），所以只要 threadlocal 结束了自己的生命周期是可以被回收掉的。
entry 中的 value 是被 entry 强引用的，即便 value 的生命周期结束了，value 也是无法被回收的，导致内存泄露。

5.2 怎样防止内存泄漏？

• threadlocal申明为private static final xxx
• threadlocal使用后务必调用remove方法。

参考文章：

https://www.cnblogs.com/fsmly/p/11020641.html

https://blog.csdn.net/meism5/article/details/90413860

https://blog.csdn.net/zzg1229059735/article/details/82715741

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