java并发编程（二十六）----ThreadLocal的使用

时间：2021-03-20 22:43:16

其实ThreadLocal很多接触过多线程的同学都可能会很陌生，他不像current包里面那些耳熟能详的api一样在我们面前经常出现，更多的他作为一个本地类出现在系统设计里面。我们可以说一下Spring，Spring的事务管理器通过AOP切入业务代码，在进入业务代码前，会根据对应的事务管理器提取出相应的事务对象，假如事务管理器是DataSourceTransactionManager，就会从DataSource中获取一个连接对象，通过一定的包装后将其保存在ThreadLocal中。并且Spring也将DataSource进行了包装，重写了其中的getConnection()方法，或者说该方法的返回将由Spring来控制，这样Spring就能让线程内多次获取到的Connection对象是同一个。

为什么要放在ThreadLocal里面呢？因为Spring在AOP后并不能向应用程序传递参数，应用程序的每个业务代码是事先定义好的，Spring并不会要求在业务代码的入口参数中必须编写Connection的入口参数。此时Spring选择了ThreadLocal，通过它保证连接对象始终在线程内部，任何时候都能拿到，此时Spring非常清楚什么时候回收这个连接，也就是非常清楚什么时候从ThreadLocal中删除这个元素

从名字上看我们很容易误解，ThreadLocal，本地线程。local有当地的，本地的，局部的意思，这里说的是局部线程，意思是线程的局部变量。我们知道synchronized是独占锁，同一时间只能有一个线程操作被锁住的代码大家排队等待，典型的以时间换空间的策略。那如果我们空间很足时间不够该怎么办呢，ThreadLocal就该派上用场了。ThreadLocal作为线程的局部变量，会为这个线程创建独立的变量副本，在线程的内部，他所创建的对象相当于全局对象。

说到这里，大家是不是还是没有分清楚ThreadLocal和synchronized有什么区别，下面我们来讲。

  • ThreadLocal 不是用来解决共享对象的多线程访问问题的，上面说了ThreadLocal是线程的局部变量。一般情况下，通过ThreadLocal.set() 到线程中的对象是该线程自己使用的对象，其他线程是不需要访问的，也访问不到的。各个线程中访问的是不同的对象。
  • ThreadLocal使得各线程能够保持各自独立的一个对象，并不是通过ThreadLocal.set()来实现的，而是通过每个线程中的new 对象 的操作来创建的对象，每个线程创建一个，不是什么对象的拷贝或副本。通过ThreadLocal.set()将这个新创建的对象的引用保存到各线程的自己的一个map中，每个线程都有这样一个map，执行ThreadLocal.get()时，各线程从自己的map中取出放进去的对象，因此取出来的是各自自己线程中的对象，ThreadLocal实例是作为map的key来使用的。

如果ThreadLocal.set()进去的东西本来就是多个线程共享的同一个对象，那么多个线程的ThreadLocal.get()取得的还是这个共享对象本身，还是有并发访问问题。

我们来看一个例子：

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;  
}

在getSession()方法中，首先判断当前线程中有没有放进去session，如果还没有，那么通过sessionFactory().openSession()来创建一个session，再将session set到线程中，实际是放到当前线程的ThreadLocalMap这个map中，这时，对于这个session的唯一引用就是当前线程中的那个ThreadLocalMap，而threadSession作为这个值的key，要取得这个session可以通过threadSession.get()来得到，里面执行的操作实际是先取得当前线程中的ThreadLocalMap，然后将threadSession作为key将对应的值取出。上面我们也讲过每个线程进来创建threadSession 的时候，这个threadSession 只属于他一个人所有，别的线程无法共享到他自己创建的ThreadLocal。这就避免了所有线程共享同一个对象的问题。并且该session创建完成之后，我们不必走到哪里都携带着session这个参数，走到哪里传递到哪里。需要使用的时候只需要从threadlocal中取出即可。这也是极其省事的。

我们可以举一个 例子来说明ThreadLocal不是用来解决对象共享访问问题的，而是为了处理在多线程环境中，某个方法处理一个业务，需要递归依赖其他方法时，而要在这些方法*享参数的问题。例如有方法a()，在该方法中调用了方法b()，而在b方法中又调用了方法c()，即a–>b—>c，如果a，b，c都需要使用用户对象，那么我们常用做法就是a(User user)–>b(User user)—c(User user)。但是如果使用ThreadLocal我们就可以用另外一种方式解决：

  1. 在某个接口中定义一个静态的ThreadLocal 对象，例如 public static ThreadLocal threadLocal=new ThreadLocal ();
  2. 然后让a，b，c方法所在的类假设是类A，类B，类C都实现1中的接口
  3. 在调用a时，使用A.threadLocal.set(user) 把user对象放入ThreadLocal环境
  4. 这样我们在方法a，方法b，方法c可以在不用传参数的前提下，在方法体中使用threadLocal.get()方法就可以得到user对象。

上面我们说到ThreadLocal的使用，也说了ThreadLocal里面有一个ThreadLocalMap 用于存储当前线程的对象，下面我们简单的看一下源码来理解一下这个过程。先上类图：

java并发编程（二十六）----ThreadLocal的使用

ThreadLocal里面有一个内部类ThreadLocalMap，在ThreadLocal内部又装了一个Entry，他继承了WeakReference，我们来看一下Entry：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

      Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
           value = v;
       }
 }

Entry对象其实还是ThreadLocal类型的，这里我们看到ThreadLocal用了一个WeakReference包装是为了保证该ThreadLocal对象在没有被引用的时候能够及时的被gc掉。

下面再看一下ThreadLocal的get和set方法：

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
            map.set(this, value);
else
            createMap(t, value);
}

void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}

private void set(ThreadLocal key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
...
...
...
}

在set方法中t.threadLocals只要不为空，便创建map对象，我们看到set方法中的key是ThreadLocal，即thread调用ThreadLocal.get()方法既可得到当前thread的threadLocal对象里面的ThreadLocalMap的值！是不是有点绕，是不是不知道为什么当前线程能调用ThreadLocal，我们看一下上面的getMap()方法，返回值是：t.threadLocals，这个t即当前线程，在Thread类里面有一个threadLocals对象，我们可以跟过去看一下，在这里限于篇幅，就只上相关的源码：

public class Thread implements Runnable {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
         Thread parent = currentThread();
if (parent.inheritableThreadLocals != null)
            this.inheritableThreadLocals =
                ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);

}

下面方法是ThreadLocal中的：

static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {
return new ThreadLocalMap(parentMap);
 }

我们在源码中看到threadLocals并未进行赋值，他一直都是一个空对象，为什么这么做呢，我们接着看下面的get方法：

public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
        }
return setInitialValue();
}

private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
            map.set(this, value);
else
            createMap(t, value);
return value;
}

在get方法中，如果一个线程当前并未使用ThreadLocal对象那么getMap(t)必然是空，那我们就得想了，难道在Thread类中创建一个空对象threadLocals就这么空着？哈哈，当然不是啦，我也着急了。所以就进入了下面的setInitialValue()方法啦，这里的getMap(t)当然还是空的，那进入createMap(t, value)呗：

void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

终于在这里拨开云雾见月明！妈妈再也不用担心threadLocals没有人要了！上面分析的比较乱，大家就将就看，用一句话总结那就是：

在Thread类中有一个对象是threadLocals，如果在该线程运行中有ThreadLocal创建threadLocals会去找到他的！获得你在ThreadLocal中存储的值！

上面我们已经详细分析了ThreadLocal的使用和实现，那么在真实的环境中使用它有什么弊端没呢。其实使用中还真的是有很多问题的。

我们知道ThreadLocal是和当前线程绑定的，即他的生命周期是和当前线程共存，当线程结束，ThreadLocal内部的Entity对象才会被gc回收。

下面我说一个场景大家看会带来什么样的后果：如果现在是线程池对象使用了ThreadLocal来保存变量会发生什么？大家知道线程池的主要目的是为了线程复用，那么线程池中的线程基本不会结束，与jvm的生命周期是一致的。那这个时候谁知道一个携带了ThreadLocal的线程会什么时候结束呢。长久以往必然造成内存泄露。

另外我们再说一个关于忘记释放的问题。如果你在线程刚开始进来的时候就载入了ThreadLocal用来保存变量，假设你的程序设计的不是很健壮，你忘记了写remove()。这个时候事情就来了。再假设你在ThreadLocal中存放了map对象，真实的业务中Map对象也许包含了很多数据，随着时间流逝，内存中的无用对象越来越多，内存泄露是必然的。

关于ThreadLocal的内容我们就讲到这里，其实里面还有很多值得我们深究的东西，慢慢一点点的去看吧！
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