引言

其實(shí)網(wǎng)上有很多關(guān)于ThreadLocal的文章了，有不少文章也已經(jīng)寫(xiě)的非常好了。但是很多同學(xué)反應(yīng)還有一些部分沒(méi)有講解的十分清楚，還是有一定的疑惑沒(méi)有想的十分清楚。因此本文主要結(jié)合常見(jiàn)的一些疑問(wèn)、ThreadLocal源碼、應(yīng)用實(shí)例以注意事項(xiàng)來(lái)全面而深入地再詳細(xì)講解一遍ThreadLocal。希望大家看完本文后可以徹底掌握ThreadLocal。

ThreadLocal是什么？它能干什么？

在闡述ThreadLocal之前，我們先來(lái)看下它的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)獨(dú)立線程內(nèi)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了變量在線程之間隔離，在線程生命周期內(nèi)獨(dú)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(shí)候，ThreadLocal就可以排上用場(chǎng)了。不過(guò)值得注意的是ThreadLocal并不會(huì)解決變量共享問(wèn)題。實(shí)際上從ThreadLocal的名稱上面來(lái)看，線程本地變量也已經(jīng)大致說(shuō)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(jué)得還不是很理解，沒(méi)關(guān)系，我們可以通過(guò)以下的場(chǎng)景再加深下理解。

假如有以下的場(chǎng)景，假設(shè)只有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接，客戶端1、2、3都需要獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接來(lái)進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，但是同一時(shí)間點(diǎn)只能有一個(gè)線程獲取連接，其他線程只能等待。因此就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)效率不高的問(wèn)題。

那我們有沒(méi)有什么辦法能夠避免線程等待的情況呢？上述問(wèn)題的根本原因是數(shù)據(jù)庫(kù)連接是共享變量，同事只能有一個(gè)線程可以進(jìn)行操作。那如果三個(gè)線程都有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，互相隔離，那不就不會(huì)出現(xiàn)等待的問(wèn)題了嘛。那么此時(shí)我么可以使用ThreadLocal實(shí)現(xiàn)在不同線程中的變量隔離?？梢钥闯鰜?lái)，ThreadLocal是一種已空間換取時(shí)間的做法。

ThreadLocal實(shí)現(xiàn)線程隔離的秘密

從上文中，我們了解到ThreadLocal可以實(shí)現(xiàn)變量訪問(wèn)的線程級(jí)別的隔離。那么它是到底如何實(shí)現(xiàn)的呢？這還需要結(jié)合Thread以及ThreadLocal的源碼來(lái)分析才能揭開(kāi)ThreadLocal實(shí)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(gè)threadLocals變量，它的類型是ThreadLocal中的內(nèi)部類ThreadLocalMap。我們?cè)诳聪?code>ThreadLocalMap的定義是怎樣的。從源碼中我們可以看出來(lái)，ThreadLocalMap實(shí)際上就是Entry數(shù)組，這個(gè)Entry對(duì)應(yīng)的key實(shí)際就是ThreadLocal的實(shí)例，value就是實(shí)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(guò)查看上述的源碼，如果還不太好理解的話，我們?cè)俳Y(jié)合下現(xiàn)實(shí)中的例子來(lái)理解。大家都有支付寶賬戶，我們通過(guò)它來(lái)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(jìn)行類比，假設(shè)ThreadLocal就是支付寶，每個(gè)支付寶賬戶實(shí)際就是單獨(dú)的線程，而賬戶中的余額屬性就相當(dāng)于Thread的私有屬性ThreadLocalMap。我們?cè)谌粘Ｉ钪?，進(jìn)行賬戶余額的充值或者消費(fèi)，并不是直接通過(guò)賬戶進(jìn)行操作的，而是借助于支付寶進(jìn)行維護(hù)的。這就相當(dāng)于每個(gè)線程對(duì)ThreadLocalMap進(jìn)行操作的時(shí)候也不是直接操作的，而是借助于ThreadLocal來(lái)操作。

那么Thread到底是怎么借助ThreadLocal進(jìn)行私有屬性管理的呢？還是需要進(jìn)一步查看Thread進(jìn)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(jìn)行操作之前，需要獲取當(dāng)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(lái)進(jìn)行操作。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取的時(shí)候，也是按照同樣的流程，先獲取當(dāng)前的線程，再獲取線程中對(duì)應(yīng)的ThreadLocalMap屬性來(lái)進(jìn)行后續(xù)的值的獲取。

經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)變量的線程隔離訪問(wèn)，實(shí)際上就是借助于Thread中的ThreadLocalMap屬性來(lái)進(jìn)行操作。由于都是操作線程本身的屬性，因此并不會(huì)影響其他線程中的變量值，因此可以實(shí)現(xiàn)線程級(jí)別的數(shù)據(jù)修改隔離。

為什么ThreadLocal會(huì)出現(xiàn)OOM的問(wèn)題？

內(nèi)存泄漏演示

我們都知道，ThreadLocal如果使用不當(dāng)?shù)脑挄?huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏的問(wèn)題，那么我們就通過(guò)下面的這段代碼來(lái)分析下，內(nèi)存泄漏的原因到底是什么。

/**
 * @author mufeng
 * @description 測(cè)試ThreadLocal內(nèi)存溢出
 * @date 2022/1/16 19:01
 * @since
 */
public class ThreadLocalOOM {

    /**
     * 測(cè)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(dòng)進(jìn)行GC之后，我們可以發(fā)現(xiàn)堆中仍然有超過(guò)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(huì)有三個(gè)，對(duì)應(yīng)的value為10M，說(shuō)明在線程還存活的情況下，對(duì)應(yīng)的value并沒(méi)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(huì)出現(xiàn)OOM。

當(dāng)我們修改代碼在線程中進(jìn)行remove操作，手動(dòng)GC之后我們發(fā)現(xiàn)堆內(nèi)存趨近于0了，之前沒(méi)有被回收的對(duì)象已經(jīng)被回收了。

內(nèi)存泄漏問(wèn)題分析

以上是對(duì)于ThreadLocal發(fā)生內(nèi)存泄漏問(wèn)題的演示，那么再來(lái)仔細(xì)分析下背后的原因是什么。ThreadLocal中實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的是ThreadLocalMap，實(shí)際上Map對(duì)應(yīng)的key是一個(gè)虛引用，在GC的時(shí)候可以被回收掉，但是問(wèn)題就在于key所對(duì)應(yīng)的value，它是強(qiáng)引用，只要線程存活，那么這條引用鏈就會(huì)一致存在，如果出現(xiàn)大量線程的時(shí)候就會(huì)有OOM的風(fēng)險(xiǎn)。 所以在使用ThreadLocal的時(shí)候一定記得要顯式的調(diào)用remove方法進(jìn)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(duì)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(méi)有思考過(guò)一個(gè)問(wèn)題，我們?cè)谑褂?code>ThreadLocal的時(shí)候都是在同一個(gè)線程內(nèi)進(jìn)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的獲取呢？帶著這樣的疑問(wèn)，我們來(lái)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(jìn)行的，但是獲取操作實(shí)際是在主線程下的子線程中進(jìn)行的，大家可以分析一下運(yùn)行結(jié)果是怎么樣的。

看到這個(gè)運(yùn)行結(jié)果，不知道大家分析的對(duì)不對(duì)呢。實(shí)際上如果理解了上文的核心的話，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該很好分析的。ThreadLocal獲取數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先是需要獲取當(dāng)前的線程的，根據(jù)線程獲取實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的ThreadLocalMap，上文代碼中設(shè)置和獲取在父子線程中進(jìn)行，那肯定是獲取不到設(shè)置的數(shù)據(jù)的。但是在現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，我們會(huì)經(jīng)常遇到需要將父線程的變量值傳遞給子線程進(jìn)行處理，那么應(yīng)該要怎么來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？這個(gè)時(shí)候InheritableThreadLocal就派上用場(chǎng)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(shí)現(xiàn)父子線程的參數(shù)傳遞的呢？我么還是的看看源碼中的實(shí)現(xiàn)原理。實(shí)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(shí)際在進(jìn)行子線程創(chuàng)建的時(shí)候，在線程初始化過(guò)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(jìn)行值的復(fù)制，這樣便實(shí)現(xiàn)了父子線程的值傳遞。

總結(jié)

本文主要對(duì)ThreadLocal進(jìn)行了相對(duì)全面的分析，從它的使用場(chǎng)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(guò)本文的學(xué)習(xí)，大家對(duì)于ThreadLocal會(huì)有更加深刻的理解。

到此這篇關(guān)于最通俗的白話講解JDK源碼中的ThreadLocal的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ThreadLocal內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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