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Thread、ThreadLocal及ThreadLocalMap的关系
ThreadLocal的使用场景
- ThreadLocal 用作保存每个线程独享的对象，为每个线程都创建一个副本，这样每个线程都可以修改自己所拥有的副本, 而不会影响其他线程的副本，确保了线程安全。
- ThreadLocal 用作每个线程内需要独立保存信息，以便供其他方法更方便地获取该信息的场景。每个线程获取到的信息可能都是不一样的，前面执行的方法保存了信息后，后续方法可以通过 ThreadLocal 直接获取到，避免了传参，类似于全局变量的概念。
通过例子验证一下：
我们知道SimpleDateFormat在多线程并发访问下会出现线程安全问题。
/**
* 线程不安全demo
*
* @author hujy
* @version 1.0
* @date 2020-06-29 20:57
*/
public class ThreadNotSafeDemo {
private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(16);
static SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("mm:ss");
public String date(int seconds) {
// 创建不同的date
Date date = new Date(1000 * seconds);
return dateFormat.format(date);
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int finalI = i;
threadPool.submit(() -> {
String date = new ThreadNotSafeDemo().date(finalI);
System.out.println(date);
});
}
threadPool.shutdown();
}
}
打印运行结果：
上面代码中每次循环都会创建不同的date对象，但是在多线程并发创建的场景下，打印的结果中出现了大量重复值，说明产生了线程安全问题。
通过ThreadLocal保证线程安全：
/**
* ThreadLocal线程安全demo
*
* @author hujy
* @version 1.0
* @date 2020-06-29 21:19
*/
public class ThreadSafeDemo {
private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(16);
public String date(int seconds) {
Date date = new Date(1000 * seconds);
SimpleDateFormat dateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();
return dateFormat.format(date);
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int finalI = i;
threadPool.submit(() -> {
try {
String date = new ThreadSafeDemo().date(finalI);
System.out.println(date);
} finally {
ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.remove();
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
}
class ThreadSafeFormatter {
public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal =
ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("mm:ss"));
}
打印运行结果：
运行结果都是唯一的值，说明通过ThreadLocal可以实现共享变量的线程安全。
ThreadLocal与synchronized的区别
- ThreadLocal 是通过让每个线程独享自己的副本，避免了资源的竞争。
- synchronized 主要用于临界资源的分配，在同一时刻限制最多只有一个线程能访问该资源。
- ThreadLocal 并不是用来解决共享资源的多线程访问的问题，因为每个线程中的资源只是副本，并不共享。因此ThreadLocal适合作为线程上下文变量，简化线程内传参。
Thread、ThreadLocal及ThreadLocalMap的关系
想要了解Threadlocal的工作原理，就必须了解Thread、ThreadLocal以及ThreadLocalMap这三个类之间的关系。
ThreadLocalMap是ThreadLocal类的静态内部类，本质是一个Map，key的类型就是我们定义的ThreadLocal对象，value则是我们具体要保存的变量参数。
public class ThreadLocal<T> {
...
static class ThreadLocalMap {
/**
* The entries in this hash map extend WeakReference, using
* its main ref field as the key (which is always a
* ThreadLocal object). Note that null keys (i.e. entry.get()
* == null) mean that the key is no longer referenced, so the
* entry can be expunged from table. Such entries are referred to
* as "stale entries" in the code that follows.
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
...
private Entry[] table;
}
}
而Thread中含有ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals。
public class Thread implements Runnable {
...
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
...
}
因此这三个类的关系可以总结为：
一个 Thread 里面只有一个ThreadLocalMap ，而在一个 ThreadLocalMap 里面却可以有很多的 ThreadLocal，每一个 ThreadLocal 都对应一个 value。因为一个 Thread 是可以调用多个 ThreadLocal 的，所以 Thread 内部就采用了 ThreadLocalMap 这样 Map 的数据结构来存放 ThreadLocal 和 value。
另外ThreadLocalMap在解决hash冲突的方式与HashMap不同，HashMap采用的是拉链发，而ThreadLocalMap采用的是线性探索法，即发生冲突时，向下继续寻找空的位置。
调用remove()方法避免内存泄漏
通过ThreadLocalMap的源码可以看到，Entry中的key被定义为弱引用类型，当发生GC时，key会被直接回收，无需手动清理。
而value属于强引用类型，被当前的Thread对象关联，所以说value的回收取决于Thread对象的生命周期。如果说一个线程执行完毕，线程Thread随之被释放，那么value便不存在内存泄漏的问题。然而，我们一般会通过线程池的方式来复用Thread对象来节省资源，这就会导致一个Thread对象的生命周期会非常长，随着任务的执行，value就有可能越来越多且无法释放，最终导致内存泄漏。
因此，我们在使用完ThreadLocal变量后，要手动调用remove()方法来清理ThreadLocalMap（一般在finally代码块中）。
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}