Java并发编程|ThreadLocal深度解析-白红宇

Java并发编程|ThreadLocal深度解析

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发布时间：2019-05-25

本文共 2691 字，大约阅读时间需要 8 分钟。

ThreadLocal是什么

ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射，各个线程之间的变量互不干扰，在高并发场景下，可以实现无状态的调用，特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。

从数据结构入手

下图为ThreadLocal的内部结构图

640?wx_fmt=other

从上面的结构图，我们已经窥见ThreadLocal的核心机制：

每个Thread线程内部都有一个Map。

Map里面存储线程本地对象（key）和线程的变量副本（value）

但是，Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。

所以对于不同的线程，每次获取副本值时，别的线程并不能获取到当前线程的副本值，形成了副本的隔离，互不干扰。

Thread线程内部的Map在类中描述如下：

ThreadLocal类提供如下几个核心方法：

get()方法用于获取当前线程的副本变量值。

set()方法用于保存当前线程的副本变量值。

initialValue()为当前线程初始副本变量值。

remove()方法移除当前前程的副本变量值。

get()方法

1.获取当前线程的ThreadLocalMap对象threadLocals

set()方法

1.获取当前线程的成员变量map

remove()方法

ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，没有实现Map接口，用独立的方式实现了Map的功能，其内部的Entry也独立实现。

640?wx_fmt=other

在ThreadLocalMap中，也是用Entry来保存K-V结构数据的。但是Entry中key只能是ThreadLocal对象，这点被Entry的构造方法已经限定死了。

Entry继承自WeakReference（弱引用，生命周期只能存活到下次GC前），但只有Key是弱引用类型的，Value并非弱引用。

ThreadLocalMap的成员变量：

和HashMap的最大的不同在于，ThreadLocalMap结构非常简单，没有next引用，也就是说ThreadLocalMap中解决Hash冲突的方式并非链表的方式，而是采用线性探测的方式，所谓线性探测，就是根据初始key的hashcode值确定元素在table数组中的位置，如果发现这个位置上已经有其他key值的元素被占用，则利用固定的算法寻找一定步长的下个位置，依次判断，直至找到能够存放的位置。

ThreadLocalMap解决Hash冲突的方式就是简单的步长加1或减1，寻找下一个相邻的位置。

显然ThreadLocalMap采用线性探测的方式解决Hash冲突的效率很低，如果有大量不同的ThreadLocal对象放入map中时发送冲突，或者发生二次冲突，则效率很低。

ThreadLocalMap的问题及规避

ThreadLocalMap内部Entry中key使用的是对ThreadLocal对象的弱引用，这为避免内存泄露是一个进步，因为如果是强引用，那么即使其他地方没有对ThreadLocal对象的引用，ThreadLocalMap中的ThreadLocal对象还是不会被回收，而如果是弱引用则这时候ThreadLocal引用是会被回收掉的，虽然对于的value还是不能被回收，这时候ThreadLocalMap里面就会存在key为null但是value不为null的entry项，虽然ThreadLocalMap提供了set,get,remove方法在一些时机下会对这些Entry项进行清理，但是这是不及时的，也不是每次都会执行的，所以一些情况下还是会发生内存泄露，所以在使用完毕后即使调用remove方法才是解决内存泄露的王道。

ThreadLocal
     
       threadLocal = new ThreadLocal
      
       ();try {    threadLocal.set(new Session(1, "Misout的博客"));    // 其它业务逻辑} finally {    threadLocal.remove();}

应用场景

还记得Hibernate的session获取场景吗？

private static final ThreadLocal
     
       threadLocal = new ThreadLocal
      
       ();//获取Sessionpublic static Session getCurrentSession(){    Session session =  threadLocal.get();    //判断Session是否为空，如果为空，将创建一个session，并设置到本地线程变量中    try {        if(session ==null&&!session.isOpen()){            if(sessionFactory==null){                rbuildSessionFactory();// 创建Hibernate的SessionFactory            }else{                session = sessionFactory.openSession();            }        }        threadLocal.set(session);    } catch (Exception e) {        // TODO: handle exception    }    return session;}

为什么？每个线程访问数据库都应当是一个独立的Session会话，如果多个线程共享同一个Session会话，有可能其他线程关闭连接了，当前线程再执行提交时就会出现会话已关闭的异常，导致系统异常。此方式能避免线程争抢Session，提高并发下的安全性。

使用ThreadLocal的典型场景正如上面的数据库连接管理，线程会话管理等场景，只适用于独立变量副本的情况，如果变量为全局共享的，则不适用在高并发下使用。

总结

ThreadLocal内部的ThreadLocalMap键为弱引用，会有内存泄漏的风险。

适用于无状态，副本变量独立后不影响业务逻辑的高并发场景。

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