ThreadLocal介绍

简介

ThreadLocal是一个关于创建线程局部变量的类。通常情况下，我们创建的变量是可以被任何一个线程访问并修改的。而使用ThreadLocal创建的变量只能被当前线程访问，其他线程则无法访问和修改。

• ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路
• ThreadLocal的目的是为了解决多线程访问资源时的共享问题

ThreadLoal 变量，它的基本原理是，同一个 ThreadLocal 所包含的对象（对ThreadLocal< String >而言即为 String 类型变量），在不同的 Thread 中有不同的副本（实际是不同的实例，后文会详细阐述）。

这里有几点需要注意：

• 因为每个 Thread 内有自己的实例副本，且该副本只能由当前 Thread 使用。这是也是 ThreadLocal 命名的由来
• 既然每个 Thread 有自己的实例副本，且其它 Thread 不可访问，那就不存在多线程间共享的问题

This class provides thread-local variables. These variables differ from their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its get or set method) has its own, independently initialized copy of the variable. ThreadLocal instances are typically private static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g., a user ID or Transaction ID).

Each thread holds an implicit reference to its copy of a thread-local variable as long as the thread is alive and the ThreadLocal instance is accessible; after a thread goes away, all of its copies of thread-local instances are subject to garbage collection (unless other references to these copies exist).

核心意思是：

ThreadLocal 提供了线程本地的实例。它与普通变量的区别在于，每个使用该变量的线程都会初始化一个完全独立的实例副本。ThreadLocal 变量通常被private static修饰。当一个线程结束时，它所使用的所有 ThreadLocal 相对的实例副本都可被回收。

总的来说，ThreadLocal 适用于每个线程需要自己独立的实例且该实例需要在多个方法中被使用，也即变量在线程间隔离而在方法或类间共享的场景。后文会通过实例详细阐述该观点。另外，该场景下，并非必须使用 ThreadLocal ，其它方式完全可以实现同样的效果，只是 ThreadLocal 使得实现更简洁。

ThreadLocal用法

package com.java.master.ThreadLocal;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author Huan Lee
 * @version 1.0
 * @date 6/11/21 6:07 PM
 * @describtion 业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。
 */
public class ThreadLocalTest {

    static ThreadLocal<String> localVar = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1  = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //设置线程1中本地变量的值
                localVar.set("thread-1");
                //打印本地变量
                System.out.println("thread-1 : " + localVar.get());
                //清除本地内存中的本地变量
                localVar.remove();
                //打印本地变量
                System.out.println("thread-1 : " + localVar.get());
            }
        });
        t1.start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            System.out.println("***********************");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        Thread t2  = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //设置线程1中本地变量的值
                localVar.set("thread-2");
                //打印本地变量
                System.out.println("thread-2 : " + localVar.get());
            }
        });
        t2.start();
    }
}

结果：
thread-1 : thread-1
thread-1 : null
***********************
thread-2 : thread-2

ThreadLocal原理

既然每个访问 ThreadLocal 变量的线程都有自己的一个“本地”实例副本。一个可能的方案是 ThreadLocal 维护一个 Map，键是 Thread，值是它在该 Thread 内的实例。线程通过该 ThreadLocal 的 get() 方案获取实例时，只需要以线程为键，从 Map 中找出对应的实例即可。该方案如下图所示

该方案可满足上文提到的每个线程内一个独立备份的要求。每个新线程访问该 ThreadLocal 时，需要向 Map 中添加一个映射，而每个线程结束时，应该清除该映射。这里就有两个问题：

• 增加线程与减少线程均需要写 Map，故需保证该 Map 线程安全。虽然从ConcurrentHashMap的演进看Java多线程核心技术一文介绍了几种实现线程安全 Map 的方式，但它或多或少都需要锁来保证线程的安全性
• 线程结束时，需要保证它所访问的所有 ThreadLocal 中对应的映射均删除，否则可能会引起内存泄漏。（后文会介绍避免内存泄漏的方法）