引言

其實網(wǎng)上有很多關(guān)于ThreadLocal的文章了，有不少文章也已經(jīng)寫得非常好了。但是很多同學反映還有一些部分沒有講解的十分清楚，總覺得有一些疑惑沒有理解的十分清楚。因此本文主要結(jié)合常見的一些疑問、ThreadLocal源碼、應(yīng)用實例以注意事項來全面而深入地再詳細講解一遍ThreadLocal。希望大家看完本文后可以徹底掌握ThreadLocal。

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ThreadLocal是什么？它能干什么

在闡述ThreadLocal之前，我們先來看下它的設(shè)計者是怎么描述ThreadLocal的吧。

看完官方的描述后，結(jié)合自己的理解，ThreadLocal提供了一種對應(yīng)獨立線程內(nèi)的數(shù)據(jù)訪問機制，實現(xiàn)了變量在線程之間隔離，在線程生命周期內(nèi)獨立獲取或者設(shè)置的能力。如果我們想在線程內(nèi)傳遞參數(shù)但是有不想作為方法參數(shù)的時候，ThreadLocal就可以派上用場了。不過值得注意的是ThreadLocal并不會解決變量共享問題。實際上從ThreadLocal的名稱上面來看，線程本地變量也已經(jīng)大致說明了它的作用，所以變量的命名還是非常重要的，要做到顧名思義。如果覺得還不是很理解，沒關(guān)系，我們可以通過以下的場景再加深下理解。

假如有以下的場景，假設(shè)只有一個數(shù)據(jù)庫連接，客戶端1、2、3都需要獲取數(shù)據(jù)庫連接來進行具體的數(shù)據(jù)庫操作，但是同一時間點只能有一個線程獲取連接，其他線程只能等待。因此就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問效率不高的問題。

那我們有沒有什么辦法能夠避免線程等待的情況呢？上述問題的根本原因是數(shù)據(jù)庫連接是共享變量，同時只能有一個線程可以進行操作。那如果三個線程都有自己的數(shù)據(jù)庫連接，互相隔離，那不就不會出現(xiàn)等待的問題了嘛。那么此時我們可以使用ThreadLocal實現(xiàn)在不同線程中的變量隔離。可以看出來，ThreadLocal是一種以空間換取時間的做法。

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ThreadLocal實現(xiàn)線程隔離的秘密

從上文中，我們了解到ThreadLocal可以實現(xiàn)變量訪問的線程級別的隔離。那么它是到底如何實現(xiàn)的呢？這還需要結(jié)合Thread以及ThreadLocal的源碼來分析才能揭開ThreadLocal實現(xiàn)線程隔離的神秘面紗。

public?class?Thread?implements?Runnable?{.../*?ThreadLocal?values?pertaining?to?this?thread.?This?map?is?maintained*?by?the?ThreadLocal?class.?*/ThreadLocal.ThreadLocalMap?threadLocals?=?null;...}

在Thread源碼中我們發(fā)現(xiàn)，它有一個threadLocals變量，它的類型是ThreadLocal中的內(nèi)部類ThreadLocalMap。我們再看下ThreadLocalMap的定義是怎樣的。從源碼中我們可以看出來，ThreadLocalMap實際上就是Entry數(shù)組，這個Entry對應(yīng)的key實際就是ThreadLocal的實例，value就是實際的變量值。

public?class?ThreadLocal<T>?{...static?class?ThreadLocalMap?{static?class?Entry?extends?WeakReference<ThreadLocal<?>>?{/**?The?value?associated?with?this?ThreadLocal.?*/Object?value;Entry(ThreadLocal<?>?k,?Object?v)?{super(k);value?=?v;}}...//底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組private?Entry[]?table;...}...}

通過查看上述的源碼，如果還不太好理解的話，我們再結(jié)合下現(xiàn)實中的例子來理解。大家都有支付寶賬戶，我們通過它來管理著我們的銀行卡、余額、花唄這些金融服務(wù)。

我們以支付寶以及支付寶賬戶進行類比，假設(shè)ThreadLocal就是支付寶，每個支付寶賬戶實際就是單獨的線程，而賬戶中的余額屬性就相當于Thread的私有屬性ThreadLocalMap。我們在日常生活中，進行賬戶余額的充值或者消費，并不是直接通過賬戶進行操作的，而是借助于支付寶進行維護的。這就相當于每個線程對ThreadLocalMap進行操作的時候也不是直接操作的，而是借助于ThreadLocal來操作。

那么Thread到底是怎么借助ThreadLocal進行私有屬性管理的呢？還是需要進一步查看Thread進行set以及get操作的源碼。從以下的ThreadLocal的源碼中我們可以看出，在進行操作之前，需要獲取當前的執(zhí)行操作的線程，再根據(jù)線程或者線程中私有的ThreadLocalMap屬性來進行操作。

在進行數(shù)據(jù)獲取的時候，也是按照同樣的流程，先獲取當前的線程，再獲取線程中對應(yīng)的ThreadLocalMap屬性來進行后續(xù)的值的獲取。

經(jīng)過上述的源碼的分析，我們可以得出這樣的結(jié)論，ThreadLocal之所以可以實現(xiàn)變量的線程隔離訪問，實際上就是借助于Thread中的ThreadLocalMap屬性來進行操作。由于都是操作線程本身的屬性，因此并不會影響其他線程中的變量值，因此可以實現(xiàn)線程級別的數(shù)據(jù)修改隔離。

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為什么會出現(xiàn)OOM？

內(nèi)存泄漏演示

我們都知道，ThreadLocal如果使用不當?shù)脑挄霈F(xiàn)內(nèi)存泄漏的問題，那么我們就通過下面的這段代碼來分析下，內(nèi)存泄漏的原因到底是什么。

/***?@author?mufeng*?@description?測試ThreadLocal內(nèi)存溢出*?@date?2022/1/16?19:01*?@since*/ public?class?ThreadLocalOOM?{/***?測試線程池*/private?static?Executor?threadPool?=?new?ThreadPoolExecutor(3,?3,?40,TimeUnit.SECONDS,?new?LinkedBlockingDeque<>());static?class?Info?{private?byte[]?info?=?new?byte[10?*?1024?*?1024];}private??static?ThreadLocal<Info>?infoThreadLocal?=?new?ThreadLocal<>();public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{for?(int?i?=?0;?i?<?10;?i++)?{threadPool.execute(()?->?{infoThreadLocal.set(new?Info());System.out.println("Thread?started:"?+?Thread.currentThread().getName());});Thread.sleep(100);}} }

手動進行GC之后，我們可以發(fā)現(xiàn)堆中仍然有超過30M的堆內(nèi)存占用，如上面的代碼，在線程池中活躍的線程會有三個，對應(yīng)的value為10M，說明在線程還存活的情況下，對應(yīng)的value并沒有被回收，因此存在內(nèi)存泄漏的情況，如果存在大量線程的情況，就會出現(xiàn)OOM。

當我們修改代碼在線程中進行remove操作，手動GC之后我們發(fā)現(xiàn)堆內(nèi)存趨近于0了，之前沒有被回收的對象已經(jīng)被回收了。

內(nèi)存泄漏問題分析

以上是對于ThreadLocal發(fā)生內(nèi)存泄漏問題的演示，那么再來仔細分析下背后的原因是什么。ThreadLocal中實際存儲數(shù)據(jù)的是ThreadLocalMap，實際上Map對應(yīng)的key是一個虛引用，在GC的時候可以被回收掉，但是問題就在于key所對應(yīng)的value，它是強引用，只要線程存活，那么這條引用鏈就會一致存在，如果出現(xiàn)大量線程的時候就會有OOM的風險。

所以在使用ThreadLocal的時候一定記得要顯式的調(diào)用remove方法進行清理，防止內(nèi)存泄漏。

父子線程的參數(shù)傳遞

到這里，我相信大家對于ThreadLocal的原理有了比較深入的理解了。結(jié)合上文中的ThreadLocal代碼，不知道大家有沒有思考過一個問題，我們在使用ThreadLocal的時候都是在同一個線程內(nèi)進行了set以及get操作，那么如果set操作與get操作在父子線程中是否還可以正常地獲取呢？帶著這樣的疑問，我們來看下如下的代碼。

/***?@author?mufeng*?@description?父子線程參數(shù)傳遞*?@date?2022/1/16?9:54*?@since*/ public?class?InheritableThreadLocalMain?{private?static?final?ThreadLocal<String>?count?=?new?ThreadLocal<>();public?static?void?main(String[]?args)?{count.set("父子線程參數(shù)傳遞！！！");System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?":"?+?count.get());new?Thread(()?->?{System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?":"?+?count.get());}).start();}}

與之前代碼有所不同，ThreadLocal的設(shè)值是在main線程中進行的，但是獲取操作實際是在主線程下的子線程中進行的，大家可以分析一下運行結(jié)果是怎么樣的。

看到這個運行結(jié)果，不知道大家分析地對不對呢。實際上如果理解了上文的核心的話，這個問題應(yīng)該很好分析的。ThreadLocal獲取數(shù)據(jù)的時候，首先是需要獲取當前的線程的，根據(jù)線程獲取實際存儲數(shù)據(jù)的ThreadLocalMap，上文代碼中設(shè)置和獲取在父子線程中進行，那肯定是獲取不到設(shè)置的數(shù)據(jù)的。但是在現(xiàn)實的項目開發(fā)中，我們會經(jīng)常遇到需要將父線程的變量值傳遞給子線程進行處理，那么應(yīng)該要怎么來實現(xiàn)呢？這個時候InheritableThreadLocal就派上用場了。

/***?@author?mufeng*?@description?父子線程參數(shù)傳遞*?@date?2022/1/16?9:54*?@since*/ public?class?InheritableThreadLocalMain?{private?static?final?ThreadLocal<String>?count?=?new?InheritableThreadLocal<>();public?static?void?main(String[]?args)?{count.set("父子線程參數(shù)傳遞！！！");System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?":"?+?count.get());new?Thread(()?->?{System.out.println(Thread.currentThread().getName()?+?":"?+?count.get());}).start();}}

那么InheritableThreadLocal到底是如何實現(xiàn)父子線程的參數(shù)傳遞的呢？我們還是看看源碼中的實現(xiàn)原理。實際上在Thread源碼中，除了有Threadlocal私有屬性還有InheritableThreadLocal私有屬性。

public?class?Thread?implements?Runnable?{/*?ThreadLocal?values?pertaining?to?this?thread.?This?map?is?maintained*?by?the?ThreadLocal?class.?*/ThreadLocal.ThreadLocalMap?threadLocals?=?null;/**?InheritableThreadLocal?values?pertaining?to?this?thread.?This?map?is*?maintained?by?the?InheritableThreadLocal?class.*/ThreadLocal.ThreadLocalMap?inheritableThreadLocals?=?null; ...public?Thread(Runnable?target)?{init(null,?target,?"Thread-"?+?nextThreadNum(),?0);}private?void?init(ThreadGroup?g,?Runnable?target,?String?name,long?stackSize)?{init(g,?target,?name,?stackSize,?null,?true);}private?void?init(ThreadGroup?g,?Runnable?target,?String?name,long?stackSize,?AccessControlContext?acc,boolean?inheritThreadLocals)?{...//關(guān)鍵if?(inheritThreadLocals?&&?parent.inheritableThreadLocals?!=?null)this.inheritableThreadLocals?=ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);?...????}...}

實際在進行子線程創(chuàng)建的時候，在線程初始化過程中，判斷了父線程中的inheritableThreadLocals屬性是否為空，如果不為空的話需要進行值的復(fù)制，這樣便實現(xiàn)了父子線程的值傳遞。

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總結(jié)

本文主要對ThreadLocal進行了相對全面的分析，從它的使用場景、原理以及源碼分析、產(chǎn)生OOM的原因以及一些使用上的注意，相信通過本文的學習，大家對于ThreadLocal會有更加深刻的理解。

有道無術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無道，止于術(shù)

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好文章，我在看??

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的从头到尾再讲一遍ThreadLocal的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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