【线程本地变量ThreadLocal】—— 每天一点小知识

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线程本地变量 ThreadLocal

ThreadLocal是Java中的一个重要概念，它为我们提供了一种在多线程环境下安全地共享数据的方式。在本篇文章中，我们将深入探讨ThreadLocal是什么、使用场景、具体用法以及其他相关知识点，从而帮助我们更好地理解和应用ThreadLocal。

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一、ThreadLocal的概念

  ThreadLocal是Java中的一个类，它用于创建线程局部变量。线程局部变量是每个线程都有自己独立的一个变量副本，而这个副本对其他线程是不可见的。这意味着每个线程都可以修改自己的变量副本，而不会影响其他线程的变量副本。这种方式使得多线程下的数据共享变得相对安全。

  每一个 Thread 对象均含有一个 ThreadLocalMap 类型的成员变量 ThreadLocals，它存储本线程中所有ThreadLocal对象及其对应的值。

  ThreadLocalMap 由一个个 Entry 对象构成。Entry 继承自 WeakReference> ，一个 Entry 由 ThreadLocal 对象和 Object 构成(Object就是我们要存的值)。由此可见， Entry 的key是ThreadLocal对象，并且是一个弱引用。当没指向key的强引用后，该key就会被垃圾收集器回收。

  当执行set方法时，ThreadLocal首先会获取当前线程对象，然后获取当前线程的ThreadLocalMap对象。再以当前ThreadLocal对象为key，将值存储进ThreadLocalMap对象中。

  get方法执行过程类似。ThreadLocal首先会获取当前线程对象，然后获取当前线程的ThreadLocalMap对象。再以当前ThreadLocal对象为key，获取对应的value。

  由于每一条线程均含有各自私有的ThreadLocalMap容器，这些容器相互独立互不影响，因此不会存在线程安全性问题，从而也无需使用同步机制来保证多条线程访问容器的互斥性。

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二、ThreadLocal的使用场景

  ThreadLocal的主要使用场景总体包括以下几个方面：

1. 线程数据共享：在多线程环境下，如果多个线程需要共享一些数据，而又要避免数据竞争和不一致性问题，可以使用ThreadLocal来实现线程间的数据共享。
2. 线程安全性：ThreadLocal变量在每个线程中都是独立的，因此可以用来保证线程安全性。例如，在Web应用中，可以使用ThreadLocal来存储当前线程的用户会话信息，以确保多个请求之间的用户会话信息隔离。
3. 性能优化：由于ThreadLocal变量在每个线程中都有自己的副本，因此可以避免线程之间共享数据带来的额外开销，从而提高程序的性能。

使用ThreadLocal来解决 数据库连接 ↓

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
		public Connection initialValue() {
   			return DriverManager.getConnection(DB_URL);
	}
};
 
public static Connection getConnection() {
	return connectionHolder.get();
}

使用ThreadLocal来解决 Session管理 ↓

private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();
 
public static Session getSession() throws InfrastructureException {
    Session s = (Session) threadSession.get();
    try {
        if (s == null) {
            s = getSessionFactory().openSession();
            threadSession.set(s);
        }
    } catch (HibernateException ex) {
        throw new InfrastructureException(ex);
    }
    return s;
}

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三、ThreadLocal的具体用法

1. 创建ThreadLocal变量

  首先，我们需要创建一个ThreadLocal变量。例如：

public static final ThreadLocal<Integer> LOCAL_变量名 = new ThreadLocal<>();

2. 设置和获取ThreadLocal变量的值

  我们可以使用set方法来为每个线程设置一个独立的变量副本，如下所示：

LOCAL_变量名.set(值);

  我们可以通过get方法来获取当前线程的ThreadLocal变量值：

Object value = LOCAL_变量名.get();

3. 使用ThreadLocal作为方法局部变量

  我们可以在方法中使用ThreadLocal作为局部变量，这样每个线程都会有一个独立的ThreadLocal变量副本。例如：

public void someMethod() {
    LOCAL_变量名.set(值);
    // ... some code ...
    Object value = LOCAL_变量名.get();
    // ... some code ...
}

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四、ThreadLocal其他知识点补充

1. ThreadLocal的原理和特点

  ThreadLocal的原理在于利用了Java的双重检查锁定（double-checked locking）机制。在每个线程中，当我们调用get方法时，会首先检查该线程是否已经有了该ThreadLocal变量的副本。如果没有，则进入同步块，再次检查其他线程是否已经创建了该副本。如果还没有，则创建该副本并返回。这种机制使得在多线程环境下，对ThreadLocal变量的访问和修改都能够保证线程安全。

2. ThreadLocal与NIO的关系

  NIO（New I/O）是Java提供的一种新的I/O操作方式，它支持非阻塞I/O操作。在NIO中，我们可以使用ThreadLocal来存储每个通道（Channel）的回调函数（Callback）。这样，每个通道都有自己的回调函数副本，从而避免了多个通道之间共享回调函数所带来的问题。

3. ThreadLocal的key

• ThreadLocal的key是ThreadLocal对象本身。每个ThreadLocal对象内部都有一个Map，用于存储每个线程的变量副本，Map的key是ThreadLocal对象本身，value是对应线程的变量副本。

• 在get方法中，先获取当前线程，然后从当前线程对应的Map中获取变量副本，如果不存在则通过initialValue方法初始化一个变量副本并存储到Map中。

• 在set方法中，也是先获取当前线程，然后将变量副本存储到当前线程对应的Map中。

• 在remove方法中，先获取当前线程，然后从当前线程对应的Map中移除变量副本。

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五、使用ThreadLocal时的注意事项

使用ThreadLocal时需要注意以下几点↓

1. 避免在ThreadLocal中使用过多变量副本，这会消耗额外的内存空间。

ThreadLocal是Java中的一个类，它用于创建线程局部变量。线程局部变量是每个线程都有自己独立的一个变量副本，而这个副本对其他线程是不可见的。这种方式使得多线程下的数据共享变得相对安全。但是，如果我们在ThreadLocal中存储过多的变量副本，就会消耗大量的内存空间。因此，在使用ThreadLocal时，应该尽可能地避免存储过多的变量副本，以避免消耗额外的内存空间。

2. 在使用ThreadLocal时应该及时清理不再使用的变量副本，以避免内存泄漏问题。可以使用弱引用或者软引用来解决内存泄漏问题。

内存泄漏是一种常见的编程问题，它通常发生在长时间运行的程序中。内存泄漏是由于程序在申请内存后，无法释放未再使用的内存空间而导致的。如果内存泄漏持续发生，它将逐渐消耗可用内存，最终导致程序运行缓慢或崩溃。在使用ThreadLocal时，如果不及时清理不再使用的变量副本，就会导致内存泄漏问题的发生。为了解决这个问题，可以使用弱引用或者软引用来替代强引用，从而在对象不再需要时自动释放内存空间。

3. 当不再需要ThreadLocal变量时，应该使用remove方法将其从当前线程的Map中移除，以释放内存空间。

在ThreadLocal中，每个线程都有自己独立的变量副本，存储在Map中。当不再需要ThreadLocal变量时，应该及时将其从当前线程的Map中移除，以释放相应的内存空间。可以使用ThreadLocal的remove方法来实现这个操作。这样可以避免内存泄漏问题的发生，同时也可以提高程序的性能。

4. 在使用InheritableThreadLocal时，需要注意变量副本的生命周期问题，避免子线程持有过期的变量副本。可以通过自定义ThreadLocal来实现。

InheritableThreadLocal是ThreadLocal的一个子类，它可以使得子线程继承父线程的变量副本。在使用InheritableThreadLocal时，需要注意变量副本的生命周期问题。如果父线程持有的变量副本已经过期，但是子线程仍然持有这个过期的变量副本，就会导致内存泄漏问题的发生。为了避免这个问题，可以通过自定义ThreadLocal来实现。在自定义的ThreadLocal中，可以维护一个存储变量副本的Map，并记录每个变量副本的生命周期。当变量副本过期时，可以将其从Map中移除。这样就可以避免子线程持有过期的变量副本的问题。

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结语

初学一门技术时，总有些许的疑惑，别怕，它们是我们学习路上的点点繁星，帮助我们不断成长。

积少成多，滴水成河。文章粗浅，希望对大家有帮助！

1024 程序员节快乐~