理解Java里面ThreadLocal类

关于ThreadLocal

ThreadLocal类并不java并发包里面的一个类,而是java.lang包里面的一个使用频次并不是非常高的一个类,尽量它不在并发包里面,但它的设计用途却可以用来规避一些同步问题:

其提供了一个线程副本的成员变量,从而在一些情况下可以巧妙避开并发问题。我们知道在多线程情况下对共享变量的修改,如果不采用任何同步策略,那么结果很大的概率上都会发生错误,这个主要是由于线程的CPU的cache与主内存的变量视图不一致导致的。

除了采用加锁同步之外,在一些特定的情况下,我们可以使用ThreadLocal来修饰成员变量,从而给每一个线程维持绑定一个自己的副本变量,这样以来不论何时都只有本线程可以修改它,所以就不存在并发问题。

ThreadLocal的常用方法

get():  读取当前线程在ThreadLocal里面的变量数据,不同的线程看到的变量是隔离的
set(T value): 向当前线程中放入或修改变量数据
initialValue():  初始化方法,可以给变量赋值指定的一个值,如果不初始化,那么就是null
remove(): 移除当前线程在ThreadLocal里面的实例

ThreadLocal使用场景

(1)每个线程都需要维护一个自己专用的线程的上下文变量,比如计数器,jdbc链接,web开发里面的session,事务id等。

(2)包装一个线程不安全的成员变量,给其提供一个线程安全的环境,比如Java里面的SimpleDateFormat是线程不安全的,所以在多线程下使用可以采用ThreadLocal包装,从而提供安装的访问。

(3)对于一些线程级别,传递方法参数有许多层的时候,我们可以使用ThreadLocal包装,只在特定地方set一次,然后不管在什么地方都可以随便get出来,从而巧妙了避免了多层传参。

### ThreadLocal例子

(1)线程计数器,每个线程内有自己的线程计数器,不需要加锁和同步

static final ThreadLocal counter=new ThreadLocal();

    public static void main(String[] args) {


        Runnable runnable=new Runnable() {
            @Override
            public void run() {

                for (int i = 0; i <10 ; i++) {

                    counter.set(i);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 打印"+counter.get() );
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }

            }
        };




        Thread t1=new Thread(runnable,"线程1");
        Thread t2=new Thread(runnable,"线程2");
        Thread t3=new Thread(runnable,"线程3");


        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();


    }

(2)线程id生成器

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

 public class ThreadId {
     // Atomic integer containing the next thread ID to be assigned
     private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);

     // Thread local variable containing each thread's ID
     private static final ThreadLocal<Integer> threadId =
         new ThreadLocal<Integer>() {
             @Override protected Integer initialValue() {
                 return nextId.getAndIncrement();
         }
     };

     // Returns the current thread's unique ID, assigning it if necessary
     public static int get() {
         return threadId.get();
     }
 }

ThreadLocal的原理

ThreadLocal的原理内部可以理解成是一个map对象,它的key可以理解成是线程本身,value就是我们存的对象,所以在多线程场景下,每个线程操作的都是自己对应的变量,所以不会存在并发冲突问题。

需要ThreadLocal并不是替换Java里面同步操作的,它的使用场景非常有限,在一定特定的情况下可以发挥比较棒的作用,比如在Spring和Hibernate框架中就大量采用了ThreadLocal来保存事务会话。但有优点就必有缺点。ThreadLocal使用不当会造成内存泄漏,尽管ThreadLocalMap的Key对象继承了WeakReference 对象,能够确保在内存空间不足的时候来回收对象,但这仅仅是Map的key,而我们的Value值其实是强引用,所以在一个线程生命周期结束的时候,如果调用remove方法来移除本身,那么就可能会造成内存泄漏,这一点需要注意。

所以最好的避免内存泄漏的办法是在线程结束之前,手动调用remove方法或者set(null),从而移除ThreadLocal的key对象或者将key对象设置为null,这样以来就比较优雅的避免了内存泄漏的问题。

总结

本文主要介绍了Java里面ThreadLocal类的作用,概念及使用场景和缺点,尽管在日常开发中这个类很少被使用,但其在特定的场景下可以非常巧妙的避免并发问题,比如在上一篇文章中,我们提到了Java里面高级自旋锁CLH和MCS的实现都采用了 ThreadLocal变量来保存链表的节点,从而避免了使用synchronized或者lock来保护临界区资源,提高了程序性能。

参考文章:

https://doanduyhai.wordpress.com/2011/12/04/threadlocal-explained/

原文发布于微信公众号 - 我是攻城师(woshigcs)

原文发表时间:2018-08-07

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