趣頭條面試題：ThreadLocal是什么？怎么用？為什么用它？有什么缺點(diǎn)
作者：Sicimike
blog.csdn.net/Baisitao_/article/details/100063561
前言
相信很多同學(xué)都聽(tīng)過(guò)ThreadLocal，即使沒(méi)用過(guò)也聽(tīng)過(guò)。但是要仔細(xì)一問(wèn)ThreadLocal是個(gè)啥，很多同學(xué)也不一定能說(shuō)清楚。本篇博客就是為了回答關(guān)于ThreadLocal的一系列靈魂拷問(wèn)：ThreadLocal是個(gè)什么？怎么用？為什么要用它？它有什么缺點(diǎn)？怎么避免…
ThreadLoacl是什么
在了解ThreadLocal之前，我們先了解下什么是線(xiàn)程封閉
把對(duì)象封閉在一個(gè)線(xiàn)程里，即使這個(gè)對(duì)象不是線(xiàn)程安全的，也不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)安全問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程封閉大致有三種方式：
Ad-hoc線(xiàn)程封閉：維護(hù)線(xiàn)程封閉性的職責(zé)完全由程序來(lái)承擔(dān)，不推薦使用
棧封閉：就是用棧（stack）來(lái)保證線(xiàn)程安全
public void testThread() {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Hello");
}
StringBuilder是線(xiàn)程不安全的，但是它只是個(gè)局部變量，局部變量存儲(chǔ)在虛擬機(jī)棧，虛擬機(jī)棧是線(xiàn)程隔離的，所以不會(huì)有線(xiàn)程安全問(wèn)題
ThreadLocal線(xiàn)程封閉：簡(jiǎn)單易用
第三種方式就是通過(guò)ThreadLocal來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程封閉，線(xiàn)程封閉的指導(dǎo)思想是封閉，而不是共享。所以說(shuō)ThreadLocal是用來(lái)解決變量共享的并發(fā)安全問(wèn)題，多少有些不精確。
使用
JDK1.2開(kāi)始提供的java.lang.ThreadLocal的使用方式非常簡(jiǎn)單
public class ThreadLocalDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
threadLocal.set("main-thread : Hello");
Thread thread = new Thread(() -> {
// 獲取不到主線(xiàn)程設(shè)置的值，所以為null
System.out.println(threadLocal.get());
threadLocal.set("sub-thread : World");
System.out.println(threadLocal.get());
});
// 啟動(dòng)子線(xiàn)程
thread.start();
// 讓子線(xiàn)程先執(zhí)行完成，再繼續(xù)執(zhí)行主線(xiàn)
thread.join();
// 獲取到的是主線(xiàn)程設(shè)置的值，而不是子線(xiàn)程設(shè)置的
System.out.println(threadLocal.get());
threadLocal.remove();
System.out.println(threadLocal.get());
}
}
運(yùn)行結(jié)果
null
sub-thread : World
main-thread : Hello
null
運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明了ThreadLocal只能獲取本線(xiàn)程設(shè)置的值，也就是線(xiàn)程封閉。基本上，ThreadLocal對(duì)外提供的方法只有三個(gè)get()、set(T)、remove()。
原理
使用方式非常簡(jiǎn)單，所以我們來(lái)看看ThreadLocal的源碼。ThreadLocal內(nèi)部定義了一個(gè)靜態(tài)ThreadLocalMap類(lèi)，ThreadLocalMap內(nèi)部又定義了一個(gè)Entry類(lèi)，這里只看一些主要的屬性和方法
public class ThreadLocal<T> {
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();
}
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
// 從這里可以看出ThreadLocalMap對(duì)象是被Thread類(lèi)持有的
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
// 內(nèi)部類(lèi)ThreadLocalMap
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
// 內(nèi)部類(lèi)Entity，實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方
// Entry的key是ThreadLocal對(duì)象，不是當(dāng)前線(xiàn)程ID或者名稱(chēng)
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
// 注意這里維護(hù)的是Entry數(shù)組
private Entry[] table;
}
}
根據(jù)上面的源碼，可以大致畫(huà)出ThreadLocal在虛擬機(jī)內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)
實(shí)線(xiàn)箭頭表示強(qiáng)引用，虛線(xiàn)箭頭表示弱引用（關(guān)于對(duì)象的四種引用，可以參考博主之前的博客：Java中四種引用）。需要注意的是：
ThreadLocalMap雖然是在ThreadLocal類(lèi)中定義的，但是實(shí)際上被Thread持有。 Entry的key是（虛引用的）ThreadLocal對(duì)象，而不是當(dāng)前線(xiàn)程ID或者線(xiàn)程名稱(chēng)。 ThreadLocalMap中持有的是Entry數(shù)組，而不是Entry對(duì)象。
對(duì)于第一點(diǎn)，ThreadLocalMap被Thread持有是為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)線(xiàn)程都有自己獨(dú)立的ThreadLocalMap對(duì)象，以此為基礎(chǔ)，做到線(xiàn)程隔離。第二點(diǎn)和第三點(diǎn)理解，我們先來(lái)想一個(gè)問(wèn)題，如果同一個(gè)線(xiàn)程中定義了多個(gè)ThreadLocal對(duì)象，內(nèi)存結(jié)構(gòu)應(yīng)該是怎樣的？此時(shí)再來(lái)看一下ThreadLocal.set(T)方法：
public void set(T value) {
// 獲取當(dāng)前線(xiàn)程對(duì)象
Thread t = Thread.currentThread();
// 根據(jù)線(xiàn)程對(duì)象獲取ThreadLocalMap對(duì)象（ThreadLocalMap被Thread持有）
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 如果ThreadLocalMap存在，則直接插入；不存在，則新建ThreadLocalMap
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
也就是說(shuō)，如果程序定義了多個(gè)ThreadLocal，會(huì)共用一個(gè)ThreadLocalMap對(duì)象，所以?xún)?nèi)存結(jié)構(gòu)應(yīng)該是這樣
這個(gè)內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖解釋了第二點(diǎn)和第三點(diǎn)。假設(shè)Entry中key為當(dāng)前線(xiàn)程ID或者名稱(chēng)的話(huà)，那么程序中定義多個(gè)ThreadLocal對(duì)象時(shí)，Entry數(shù)組中的所有Entry的key都一樣（或者說(shuō)只能存一個(gè)value）。ThreadLocalMap中持有的是Entry數(shù)組，而不是Entry，則是因?yàn)槌绦蚩啥x多個(gè)ThreadLocal對(duì)象，自然需要一個(gè)數(shù)組。
內(nèi)存泄漏
ThreadLocal會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏嗎？
會(huì)
仔細(xì)看下ThreadLocal內(nèi)存結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，Entry數(shù)組對(duì)象通過(guò)ThreadLocalMap最終被Thread持有，并且是強(qiáng)引用。也就是說(shuō)Entry數(shù)組對(duì)象的生命周期和當(dāng)前線(xiàn)程一樣。即使ThreadLocal對(duì)象被回收了，Entry數(shù)組對(duì)象也不一定被回收，這樣就有可能發(fā)生內(nèi)存泄漏。ThreadLocal在設(shè)計(jì)的時(shí)候就提供了一些補(bǔ)救措施：
Entry的key是弱引用的ThreadLocal對(duì)象，很容易被回收，導(dǎo)致key為null（但是value不為null）。所以在調(diào)用get()、set(T)、remove()等方法的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)清理key為null的Entity。 remove()方法就是用來(lái)清理無(wú)用對(duì)象，防止內(nèi)存泄漏的。所以每次用完ThreadLocal后需要手動(dòng)remove()。
有些文章認(rèn)為是弱引用導(dǎo)致了內(nèi)存泄漏，其實(shí)是不對(duì)的。假設(shè)把弱引用變成強(qiáng)引用，這樣無(wú)用的對(duì)象key和value都不為null，反而不利于GC，只能通過(guò)remove()方法手動(dòng)清理，或者等待線(xiàn)程結(jié)束生命周期。也就是說(shuō)ThreadLocalMap的生命周期由持有它的線(xiàn)程來(lái)決定，線(xiàn)程如果不進(jìn)入terminated狀態(tài)，ThreadLocalMap就不會(huì)被GC回收，這才是ThreadLocal內(nèi)存泄露的原因。
應(yīng)用場(chǎng)景
維護(hù)JDBC的java.sql.Connection對(duì)象，因?yàn)槊總€(gè)線(xiàn)程都需要保持特定的Connection對(duì)象。 Web開(kāi)發(fā)時(shí)，有些信息需要從controller傳到service傳到dao，甚至傳到util類(lèi)?？雌饋?lái)非常不優(yōu)雅，這時(shí)便可以使用ThreadLocal來(lái)優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)。 包括線(xiàn)程不安全的工具類(lèi)，比如Random、SimpleDateFormat等
與synchronized的關(guān)系
有些文章拿ThreadLocal和synchronized比較，其實(shí)它們的實(shí)現(xiàn)思想不一樣。
synchronized是同一時(shí)間最多只有一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行，所以變量只需要存一份，算是一種時(shí)間換空間的思想 ThreadLocal是多個(gè)線(xiàn)程互不影響，所以每個(gè)線(xiàn)程存一份變量，算是一種空間換時(shí)間的思想
總結(jié)
ThreadLocal是一種隔離的思想，當(dāng)一個(gè)變量需要進(jìn)行線(xiàn)程隔離時(shí)，就可以考慮使用ThreadLocal來(lái)優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)。
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