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這篇文章主要講解了“Java多線程之ThreadLocal怎么使用”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“Java多線程之ThreadLocal怎么使用”吧！
ThreadLocal叫做線程變量，用于在多線程環境下創建線程本地變量。
通俗的講，ThreadLocal可以讓你在同一個線程中創建一個變量，并且這個變量對于該線程是唯一的，其他線程無法訪問到這個變量。
這種方式能夠有效地避免多線程之間的變量沖突問題，使得線程本地變量的訪問變得更加安全和高效。
例如，在一個線程池中，每個線程需要維護自己的狀態，這時就可以使用ThreadLocal來創建線程本地變量來存儲狀態信息。
在多線程編程中，由于不同線程之間共享內存，如果多個線程訪問同一個變量，就會發生競爭條件，可能會導致數據不一致或者死鎖等問題。使用ThreadLocal可以解決這個問題，因為它可以為每個線程創建一個獨立的變量副本，每個線程都可以訪問自己的變量副本，而不會影響其他線程的變量。這種方式可以有效地避免多線程之間的變量沖突問題，提高了程序的可靠性和性能。ThreadLocal常用于實現線程安全的單例模式，以及在多線程環境下對共享數據的緩存。
直接上代碼:
public class ThreadLocalDemo {
private static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> {
System.out.println("thread1 before set: " + threadLocal.get());
threadLocal.set("AAAAA");
System.out.println("thread1 after set: " + threadLocal.get());
threadLocal.remove();
System.out.println("thread1 after remove: " + threadLocal.get());
}).start();
new Thread(() -> {
System.out.println("thread1 before set: " + threadLocal.get());
threadLocal.set("BBBBB");
System.out.println("thread2 after set: " + threadLocal.get());
threadLocal.remove();
System.out.println("thread2 after remove: " + threadLocal.get());
}).start();
System.out.println("main thread before set: " + threadLocal.get());
threadLocal.set("Main");
System.out.println("main after set: " + threadLocal.get());
threadLocal.remove();
System.out.println("main after remove: " + threadLocal.get());
}
}
程序輸出:
thread1 before set: null
main thread before set: null
main after set: Main
thread1 before set: null
thread1 after set: AAAAA
thread1 after remove: null
thread2 after set: BBBBB
thread2 after remove: null
main after remove: null創建ThreadLocal實例的方式非常簡單，只需要使用Java中的ThreadLocal類的構造函數即可。
上面的代碼創建了一個ThreadLocal實例，該實例可以存儲String類型的值。在使用ThreadLocal之前，需要先調用它的set()方法來初始化一個線程本地變量, 否則get()方法得到的值就是null。
從代碼中可以看到, 我們在main方法中分別創建了2個線程, 三個線程分表獲取了自己線程存放的變量，他們之間變量的獲取并不會錯亂。
如果在當前線程中尚未設置該值或者已經調用remove()方法刪除值，則返回null。
需要注意的是，每個ThreadLocal對象只能存儲一個值，如果需要存儲多個值，則需要創建多個ThreadLocal對象。
ThreadLocal和Synchronized都是Java中用于處理多線程并發訪問的工具，但它們的作用和實現方式有很大的區別。
作用不同：ThreadLocal主要是用來創建線程本地變量，解決多線程并發訪問時的變量沖突問題；而Synchronized則是一種同步機制，用于保護共享資源，防止多線程之間的競爭條件。
實現方式不同：ThreadLocal通過為每個線程創建獨立的變量副本，使得每個線程之間互不干擾，從而解決多線程訪問共享變量時的線程安全問題。而Synchronized則是通過互斥訪問來實現同步的，即多個線程同時只能有一個線程訪問共享資源。
應用場景不同：ThreadLocal適用于需要在多個線程中使用獨立的變量的場景，如線程池中的線程狀態管理，以及Web應用中的Session管理等；而Synchronized則適用于需要保護共享資源的場景，如多個線程同時訪問同一個數據結構，或者需要保證某個方法在同一時刻只能被一個線程訪問等。
性能影響不同：ThreadLocal相對于Synchronized來說性能更好，因為它只涉及到線程本地變量的訪問和賦值操作，不需要進行鎖競爭和上下文切換等操作。而Synchronized則需要進行鎖競爭和上下文切換等操作，會對性能產生一定的影響。
ThreadLocal的優點：
線程安全：每個線程都擁有自己的變量副本，不會受到其他線程的影響，可以避免線程安全問題。
性能高：ThreadLocal使用了空間換時間的方式，每個線程都有自己的變量副本，不需要進行加鎖和解鎖操作，因此性能更高。
代碼簡潔：使用ThreadLocal可以避免復雜的同步控制邏輯。
加鎖的優點：
保證數據一致性：通過加鎖可以保證共享資源在多線程環境下的正確性，避免出現數據不一致的情況。
線程同步：在加鎖過程中，線程會被阻塞，等待鎖的釋放，保證了線程同步。
ThreadLocal的缺點：
內存泄漏：ThreadLocal使用靜態的內部Map來存儲變量副本，如果不及時清理，會導致內存泄漏問題(后續展開介紹)。
難以調試：由于每個線程都有自己的變量副本，因此在調試過程中，需要考慮多個線程的情況，會增加調試的難度。
加鎖的缺點：
性能問題：在高并發情況下，加鎖會導致線程的阻塞，從而影響系統的性能。
容易導致死鎖：如果加鎖的操作不正確，可能會導致死鎖問題，需要謹慎使用。
綜合來看，ThreadLocal適合處理線程私有的數據，而加鎖適合處理共享的資源，具體應該根據業務需求來選擇。
直接查看源碼:
public
class Thread implements Runnable {
//MAP
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
//用于父子線程變量同步, 后續介紹
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
} public void set(T value) {
//獲取當前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//封裝方法從獲取線程中的ThreadLocalMap
//為什么封裝方法呢? 為了后面擴展inheritableThreadLocals
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//之前有創建過, 直接set
if (map != null)
map.set(this, value);
else
//之前沒有創建, 新建Map并設置值
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}從源碼中我們可以看到, 在set方法中, 我們先是獲取到當前線程, 然后以當前線程為入參調用getMap方法, 并獲取thread線程中的ThreadLocalMap屬性。如果map屬性不為空，則直接更新value值，如果map為空，則實例化threadLocalMap, 并將value值初始化。
那么threadLocalMap又是什么呢? 我們接著往下看。
public class ThreadLocal<T> {
static class ThreadLocalMap {
//繼承弱應用, 方便垃圾回收
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
//數組, 用于存儲多組數據
private Entry[] table;
}
}從代碼我們可以看到, threadLocalMap是ThreadLocal中的一個靜態內部類, 在threadLocalMap又維護了一個名叫table的Entry數組。
Entry是什么呢?
Entry是一組組數據對, 而且繼承的弱引用。在Entry內部使用ThreadLocal作為key，使用我們設置的value作為value。
key 就是 ThreadLocal，肯定不為空，但也是弱引用的。
也就是說，當 key 為 null 時，說明 ThreadLocal 已經被回收了，對應的 Entry 就應該被清除了。
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//根據hashCode與長度計算索引位置
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
// 如果下標沖突, 索引+1繼續查找
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//找到直接返回值
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {
// key 為空, 說明 對應的 ThreadLocal 已經回收了.
// 可以復用當前位置.
// 有兩種情況:1\. entry 存在, 在這個過時位置的后面. 所以需要置換到這個位置
// 2.不存在, 直接放到這個位置
replaceStaleEntry(key, value, i);
// 因為是替換， 所以size 要么不變，要么減少。
return;
}
}
// 沒找到已存在的, 也沒找到可以替換的過時. 則直接新建
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
// 如果沒有清除過時 entry, 并且超過閾值. 則進行先嘗試縮小,不行則擴容
rehash();
}在ThreadLocalMap中的set方法與構造方法能看到以下代碼片段。
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1)
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1)
簡而言之就是將threadLocalHashCode進行一個位運算（取模）得到索引i，threadLocalHashCode代碼如下。
public class ThreadLocal<T> {
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
/**
* Returns the next hash code.
*/
private static int nextHashCode() {
//自增
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
}因為static的原因，在每次new ThreadLocal()時因為threadLocalHashCode的初始化，會使threadLocalHashCode值自增一次，增量為0x61c88647。
0x61c88647是斐波那契散列乘數,它的優點是通過它散列(hash)出來的結果分布會比較均勻，可以很大程度上避免hash沖突。
有興趣可以深入研究下去, 這里就不過多贅述了, 這里這樣運算就是為了避免索引下標沖突。
總結一下:
對于某一ThreadLocal來講，他的索引值i是確定的，在不同線程之間訪問時訪問的是不同的table數組的同一位置即都為table[i]，只不過這個不同線程之間的table是獨立的。
對于同一線程的不同ThreadLocal來講，這些ThreadLocal實例共享一個table數組，然后每個ThreadLocal實例在table中的索引i是不同的。
public T get() {
//獲取當前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//通過ThreadLocal獲取Entry
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
//返回值
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//設置初始值--null
return setInitialValue();
}
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
//計算下標, 通過下標從Entry數組中直接取值
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
//索引沖突導致沒有查找到, 繼續查找
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}理解了set方法，get方法也就清楚明了，直接通過計算出索引直接從數組對應位置讀取即可。
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}ThreadLocal對象的垃圾回收機制比較特殊，主要涉及到兩個對象：ThreadLocal對象和ThreadLocalMap對象。
每個ThreadLocal對象都會在當前線程的ThreadLocalMap中創建一個Entry對象，這個Entry對象包含了ThreadLocal對象和其對應的值。當ThreadLocal對象沒有被其他對象引用，并且當前線程結束時，這個ThreadLocal對象會被標記為可回收的，并且被添加到一個特殊的ReferenceQueue中。
當垃圾回收器掃描到ReferenceQueue中的ThreadLocal對象時，它會將ThreadLocal對象對應的Entry對象從ThreadLocalMap中刪除，并且清除Entry對象中對ThreadLocal對象和值的引用，從而使得ThreadLocal對象和值都能夠被回收。
需要注意的是，雖然ThreadLocal對象被回收了，但是它在ThreadLocalMap中對應的Entry對象并沒有被立即清除，只有在下一次調用ThreadLocalMap的set()、get()或remove()方法時才會觸發Entry對象的清除操作。這是因為ThreadLocalMap中的Entry對象使用了弱引用，只有在下一次調用ThreadLocalMap時才會被垃圾回收器掃描到并被清除。
因此，使用ThreadLocal對象時需要注意，在不再需要使用ThreadLocal對象時，應該及時調用remove()方法，以便及時清除ThreadLocalMap中對應的Entry對象，從而避免內存泄漏。
當我們在寫API接口的時候，通常Controller層會接受來自前端的入參，當這個接口功能比較復雜的時候，可能我們調用的Service層內部還調用了很多其他的很多方法，通常情況下，我們會在每個調用的方法上加上需要傳遞的參數。
但是如果我們將參數存入ThreadLocal中，那么就不用顯式的傳遞參數了，而是只需要ThreadLocal中獲取即可。
這個場景其實使用的比較少，一方面顯式傳參比較容易理解，另一方面我們可以將多個參數封裝為對象去傳遞。
在現在的系統設計中，前后端分離已基本成為常態，分離之后如何獲取用戶信息就成了一件麻煩事，通常在用戶登錄后， 用戶信息會保存在Session或者Token中。這個時候，我們如果使用常規的手段去獲取用戶信息會很費勁，拿Session來說，我們要在接口參數中加上HttpServletRequest對象，然后調用 getSession方法，且每一個需要用戶信息的接口都要加上這個參數，才能獲取Session，這樣實現就很麻煩了。
在實際的系統設計中，我們肯定不會采用上面所說的這種方式，而是使用ThreadLocal，我們會選擇在攔截器的業務中， 獲取到保存的用戶信息，然后存入ThreadLocal，那么當前線程在任何地方如果需要拿到用戶信息都可以使用ThreadLocal的get()方法 (異步程序中ThreadLocal是不可靠的, 后續會出文章詳解)。
當用戶登錄后，會將用戶信息存入Token中返回前端，當用戶調用需要授權的接口時，需要在header中攜帶 Token，然后攔截器中解析Token，獲取用戶信息，調用自定義的類存入ThreadLocal中，當請求結束的時候，將ThreadLocal存儲數據清空(這一點很重要，否則會產生內存泄漏)， 中間的過程無需再關注如何獲取用戶信息，只需要使用工具類的get方法即可。
ThreadLocal的設計天然就做到了線程隔離。所以就不會出現線程安全問題。
感謝各位的閱讀，以上就是“Java多線程之ThreadLocal怎么使用”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對Java多線程之ThreadLocal怎么使用這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！
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