1.ThreadLocal的使用場景
1.1
每個線程需要一個獨享對象（通常是工具類，典型需要使用的類有SimpleDateFormat和Random）
每個Thread內有自己的實例副本，不共享
比喻：教材只有一本，一起做筆記有線程安全問題。複印後沒有問題，使用ThradLocal相當於複印了教材。
1.2
每個線程內需要保存全局變量（例如在攔截器中獲取用戶信息），可以讓不同方法直接使用，避免參數傳遞的麻煩
2.對以上場景的實踐
/**
* 1000個線程打印日期，用線程池來執行，出現線程安全問題
*/
public class ThreadLocalNormalUsage03 {
public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
//只創建一次 SimpleDateFormat 對象，避免不必要的資源消耗
static SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int finalI = i;
//提交任務
threadPool.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String date = new ThreadLocalNormalUsage03().date(finalI);
System.out.println(date);
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
public String date(int seconds) {
//參數的單位是毫秒，從1970.1.1 00:00:00 GMT 開始計時
Date date = new Date(1000 * seconds);
return dateFormat.format(date);
}
}
運行結果，出現了秒數相同的打印結果，這顯然是不正確的。
出現問題的原因
多個線程的task指向了同一個SimpleDateFormat對象，SimpleDateFormat是非線程安全的。
解決問題的方案
方案1：加鎖
格式化代碼是在最後一句return dateFormat.format(date);,所以可以爲最後一句代碼添加synchronized鎖
public String date(int seconds) {
//參數的單位是毫秒，從1970.1.1 00:00:00 GMT 開始計時
Date date = new Date(1000 * seconds);
String s;
synchronized (ThreadLocalNormalUsage04.class) {
s = dateFormat.format(date);
}
return s;
}
運行結果中沒有發現相同的時間，達到了線程安全的目的
缺點：因爲添加了synchronized，所以會保證同一時間只有一條線程可以執行，這在高併發場景下肯定不是一個好的選擇，所以看看其他方案吧。
方案2：使用ThreadLocal
/**
* 利用 ThreadLocal 給每個線程分配自己的 dateFormat 對象
* 不但保證了線程安全，還高效的利用了內存
*/
public class ThreadLocalNormalUsage05 {
public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int finalI = i;
//提交任務
threadPool.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
String date = new ThreadLocalNormalUsage05().date(finalI);
System.out.println(date);
}
});
}
threadPool.shutdown();
}
public String date(int seconds) {
//參數的單位是毫秒，從1970.1.1 00:00:00 GMT 開始計時
Date date = new Date(1000 * seconds);
//獲取 SimpleDateFormat 對象
SimpleDateFormat dateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();
return dateFormat.format(date);
}
}
class ThreadSafeFormatter {
public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new
ThreadLocal<SimpleDateFormat>(){
//創建一份 SimpleDateFormat 對象
@Override
protected SimpleDateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
}
};
}
使用了ThreadLocal後不同的線程不會有共享的 SimpleDateFormat 對象，所以也就不會有線程安全問題。
2.2 實踐場景2
當前用戶信息需要被線程內的所有方法共享。
方案1：傳遞參數
可以將user作爲參數在每個方法中進行傳遞。
缺點：但是這樣做會產生代碼冗餘問題，並且可維護性差。
方案2：使用Map
對此進行改進的方案是使用一個Map，在第一個方法中存儲信息，後續需要使用直接get()即可。
缺點：如果在單線程環境下可以保證安全，但是在多線程環境下是不可以的。如果使用加鎖和ConcurrentHashMap都會產生性能問題。
方案3：使用ThreadLocal，實現不同方法間的資源共享
使用 ThreadLocal 可以避免加鎖產生的性能問題，也可以避免層層傳遞參數來實現業務需求，就可以實現不同線程中存儲不同信息的要求。
/**
* 演示 ThreadLocal 的用法2：避免參數傳遞的麻煩
*/
public class ThreadLocalNormalUsage06 {
public static void main(String[] args) {
new Service1().process();
}
}
class Service1 {
public void process() {
User user = new User("魯毅");
//將User對象存儲到 holder 中
UserContextHolder.holder.set(user);
new Service2().process();
}
}
class Service2 {
public void process() {
User user = UserContextHolder.holder.get();
System.out.println("Service2拿到用戶名: " + user.name);
new Service3().process();
}
}
class Service3 {
public void process() {
User user = UserContextHolder.holder.get();
System.out.println("Service3拿到用戶名: " + user.name);
}
}
class UserContextHolder {
public static ThreadLocal<User> holder = new ThreadLocal<>();
}
class User {
String name;
public User(String name) {
this.name = name;
}
}
3. 對ThreadLocal的總結
-
讓某個需要用到的對象實現線程之間的隔離（每個線程都有自己獨立的對象）
-
可以在任何方法中輕鬆的獲取到該對象
-
根據共享對象生成的時機選擇使用initialValue方法還是set方法
-
對象初始化的時機由我們控制的時候使用initialValue 方式
-
如果對象生成的時機不由我們控制的時候使用 set 方式
4. 使用ThreadLocal的好處
-
達到線程安全的目的
-
不需要加鎖，執行效率高
-
更加節省內存，節省開銷
-
免去傳參的繁瑣，降低代碼耦合度
5. ThreadLocal原理
在Thread類內部有有ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;這個變量，它用於存儲ThreadLocal，因爲在同一個線程當中可以有多個ThreadLocal，並且多次調用get()所以需要在內部維護一個ThreadLocalMap用來存儲多個ThreadLocal。
5.1 ThreadLocal相關方法
T initialValue()
該方法用於設置初始值，並且在調用get()方法時纔會被觸發，所以是懶加載。
但是如果在get()之前進行了set()操作，這樣就不會調用initialValue()。
通常每個線程只能調用一次本方法，但是調用了remove()後就能再次調用。
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//獲取到了值直接返回resule
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//沒有獲取到纔會進行初始化
return setInitialValue();
}
private T setInitialValue() {
//獲取initialValue生成的值，並在後續操作中進行set，最後將值返回
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
void set(T t) 爲這個線程設置一個新值
T get() 獲取線程對應的value
void remove() 刪除對應這個線程的值
6.ThreadLocal注意點
6.1 內存泄漏
內存泄露；某個對象不會再被使用，但是該對象的內存卻無法被收回。
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
//調用父類，父類是一個弱引用
super(k);
//強引用
value = v;
}
}
強引用：當內存不足時觸發GC，寧願拋出OOM也不會回收強引用的內存
弱引用：觸發GC後便會回收弱引用的內存
正常情況
當Thread運行結束後，ThreadLocal中的value會被回收，因爲沒有任何強引用了
非正常情況
當Thread一直在運行始終不結束，強引用就不會被回收，存在以下調用鏈 Thread-->ThreadLocalMap-->Entry(key爲null)-->value因爲調用鏈中的 value 和 Thread 存在強引用，所以value無法被回收，就有可能出現OOM。
JDK的設計已經考慮到了這個問題，所以在set()、remove()、resize()方法中會掃描到key爲null的Entry，並且把對應的value設置爲null，這樣value對象就可以被回收。
但是只有在調用set()、remove()、resize()這些方法時纔會進行這些操作，如果沒有調用這些方法並且線程不停止，那麼調用鏈就會一直存在，所以可能會發生內存泄漏。
6.2 如何避免內存泄漏（阿里規約）
調用remove()方法，就會刪除對應的Entry對象，可以避免內存泄漏，所以使用完ThreadLocal後，要調用remove()方法。
//手動釋放內存，從而避免內存泄漏
UserContextHolder.holder.remove();
6.3 ThreadLocal的空指針異常問題
/**
* ThreadLocal的空指針異常問題
*/
public class ThreadLocalNPE {
ThreadLocal<Long> longThreadLocal = new ThreadLocal<>();
public void set() {
longThreadLocal.set(Thread.currentThread().getId());
}
public Long get() {
return longThreadLocal.get();
}
public static void main(String[] args) {
ThreadLocalNPE threadLocalNPE = new ThreadLocalNPE();
//如果get方法返回值爲基本類型，則會報空指針異常，如果是包裝類型就不會出錯
System.out.println(threadLocalNPE.get());
Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
threadLocalNPE.set();
System.out.println(threadLocalNPE.get());
}
});
thread1.start();
}
}
6.4 空指針異常問題的解決
如果get方法返回值爲基本類型，則會報空指針異常，如果是包裝類型就不會出錯。這是因爲基本類型和包裝類型存在裝箱和拆箱的關係，造成空指針問題的原因在於使用者。
6.5 共享對象問題
如果在每個線程中ThreadLocal.set()進去的東西本來就是多個線程共享的同一對象，比如static對象，那麼多個線程調用ThreadLocal.get()獲取的內容還是同一個對象，還是會發生線程安全問題。
6.6 可以不使用ThreadLocal就不要強行使用
如果在任務數很少的時候，在局部方法中創建對象就可以解決問題，這樣就不需要使用ThreadLocal。
6.7 優先使用框架的支持，而不是自己創造
例如在Spring框架中，如果可以使用RequestContextHolder，那麼就不需要自己維護ThreadLocal，因爲自己可能會忘記調用remove()方法等，造成內存泄漏。