在Java多線程併發環境下，如果我們需要對某一個變量進行操作的話，很有可能將造成線程安全問題，爲了解決這種線程安全問題，我們可以給操作這個變量的方法或代碼塊加各種鎖，雖然可以實現線程安全，但這樣做會使系統性能受一定的影響，又比如在某個業務場景下，需要多個線程來同時操作每個用戶或每筆訂單的信息，爲了保證線程安全，需要將這些變量都作爲每個線程獨有的變量，這種情況下，我們可以考慮使用Java中提供的ThreadLocal類來實現，它可以實現每個線程都有屬於自己的本地變量副本，從而實現變量的線程安全及其他業務需求。
在瞭解ThreadLocal的原理前，先貼一個例子來驗證ThreadLocal是否實現了每個線程都擁有自己的變量副本
public class ThreadLocalMain {
private static ThreadLocal<String> local = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
local.set("馬超");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",local -> "+local.get());
}).start();
new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
local.set("曹操");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",local -> "+local.get());
}).start();
}
}
根據上面的運行結果，兩個線程操作同一個ThreadLocal中的值，確實沒有出現覆蓋的情況。
那麼它是如何實現的呢？
下面通過ThreadLocal的源碼來了解它的實現原理。
這裏我們主要了解它的兩個核心方法
set(T value);
get();
先從set方法開始
/**
* Sets the current thread's copy of this thread-local variable
* to the specified value. Most subclasses will have no need to
* override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
* method to set the values of thread-locals.
*
* @param value the value to be stored in the current thread's copy of
* this thread-local.
*/
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
從方法上方的註釋及代碼來看，可以知道這個方法可以將一個傳入的值set到當前線程的本地副本中。
在方法第一行代碼中，獲取到當前的線程t，再通過getMap方法傳入當前線程，來獲取這個線程中的threadLocals變量，這個變量是ThreadLocal中的一個內部類ThreadLocalMap，用來保存變量副本。接着判斷這個獲取到的這個map是否爲空(有沒有被實例化，因爲這個類是延遲構造的)，如果不爲空則調用ThreadLocalMap的set方法傳入當前的引用this及value來設置其中的值，否則調用createMap方法來爲當前線程實例化一個ThreadLocalMap，ThreadLocalMap類的內部維護一個Entry[] table數組變量，用來保存本地線程變量的副本，它的結構類似於一個map集合，鍵爲當前操作的這個ThreadLocal(也就是傳入的this)，值爲set方法傳入的value。
我們可以點進來看一下這個createMap方法是如何實例化一個ThreadLocalMap的。
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
通過這個ThreadLocalMap的構造函數，可以看到傳入的ThreadLocal作爲key，和傳入的value通過hash計算來找到table中的某個位置進行存放。
看完set方法的原理後，瞭解了ThreadLocal是如何存儲每個線程的獨立變量副本了。
最後再來看一下get方法，和set方法同理，先貼一下源碼
/**
* Returns the value in the current thread's copy of this
* thread-local variable. If the variable has no value for the
* current thread, it is first initialized to the value returned
* by an invocation of the {@link #initialValue} method.
*
* @return the current thread's value of this thread-local
*/
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
既然set方法是將值保存在Thread中的ThreadLocalMap，那麼get方法也就是通過當前的ThreadLocal作爲key，從ThreadLocalMap中的table變量表中取出對應的變量。在代碼的最後一行中，setInitialValue()方法用於當你將ThreadLocal作爲key取不到數據時(ThreadLocalMap爲空，也就是沒有調用set方法，直接調用get)，會將一個null值保存到table變量表中，此時並不會報空指針異常，而是拿到一個null值。
另外ThreadLocalMap在使用的時候也會造成一些新的問題，例如如果我們的線程一般都是交給線程池來管理的，而線程池的核心就是重複使用這些已經創建好的線程來執行任務，所以當我們的一個線程執行完畢後，後面進來的任務執行時如果分配到這個線程，在未調用set方法情況下就很有可能會get到這個線程中ThreadLocalMap保存的變量，造成讀到的數據爲髒數據。
除了這個問題外，還可能有引起內存泄漏的問題，原因在於在ThreadLocalMap中保存的變量key使用了指向ThreadLocal的弱引用(WeakReference)，當ThreadLocal沒有任何強引用關係後，這個在ThreadLocalMap中引用這個ThreadLocal的key也會被回收，變成null，而它對應的value值是不會被回收的，那麼將造成內存泄漏問題，除非在當前該線程執行完畢出棧後，也就不存在這個value無法被回收的情況，但是如果我們使用線程池，線程即使執行完任務也不會被銷燬，而是在線程池中保持活躍，等待新的任務，這種情況下，將可能引起內存泄漏問題。
爲了解決以上出現的問題，我們在使用完這個變量後，最好調用一下remove方法將其刪除。
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