怎么使用Java中的ThreadLocal類

本文小編為大家詳細介紹“怎么使用Java中的ThreadLocal類”，內容詳細，步驟清晰，細節處理妥當，希望這篇“怎么使用Java中的ThreadLocal類”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學習新知識吧。

Threadlocal有什么用：

簡單的說就是，一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的（每個線程都只能看到自己線程的值）。如下圖：

ThreadLocal使用實例

API介紹

在使用Threadlocal之前我們先看以下它的API：

ThreadLocal類的API非常的簡單，在這里比較重要的就是get()、set()、remove(),set用于賦值操作，get用于獲取變量的值，remove就是刪除當前變量的值.需要注意的是initialValue方法會在第一次調用時被觸發，用于初始化當前變量值，默認情況下initialValue返回的是null。

ThreadLocal的使用

說完了ThreadLocal類的API了，那我們就來動手實踐一下了，來理解前面的那句話：一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的（每個線程都只能看到自己線程的值）

public class ThreadLocalTest {

    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
	// 重寫這個方法，可以修改“線程變量”的初始值，默認是null
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //一號線程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("一號線程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(1);
                System.out.println("一號線程set后：" + threadLocal.get());
            }
        }).start();

        //二號線程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("二號線程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(2);
                System.out.println("二號線程set后：" + threadLocal.get());

            }
        }).start();

        //主線程睡1s
        Thread.sleep(1000);

        //主線程
        System.out.println("主線程的threadlocal值：" + threadLocal.get());

    }

}

稍微解釋一下上面的代碼：

每一個ThreadLocal實例就類似于一個變量名，不同的ThreadLocal實例就是不同的變量名，它們內部會存有一個值（暫時這么理解）在后面的描述中所說的“ThreadLocal變量或者是線程變量”代表的就是ThreadLocal類的實例。

在類中創建了一個靜態的 “ThreadLocal變量”，在主線程中創建兩個線程，在這兩個線程中分別設置ThreadLocal變量為1和2。然后等待一號和二號線程執行完畢后，在主線程中查看ThreadLocal變量的值。

程序結果及分析

程序結果重點看的是主線程輸出的是0，如果是一個普通變量，在一號線程和二號線程中將普通變量設置為1和2，那么在一二號線程執行完畢后在打印這個變量，輸出的值肯定是1或者2（到底輸出哪一個由操作系統的線程調度邏輯有關）。但使用ThreadLocal變量通過兩個線程賦值后，在主線程程中輸出的卻是初始值0。在這也就是為什么“一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的”，每個線程都只能看到自己線程的值，這也就是 ThreadLocal的核心作用：實現線程范圍的局部變量。

Threadlocal 的源碼分析

原理

每個Thread對象都有一個ThreadLocalMap，當創建一個ThreadLocal的時候，就會將該ThreadLocal對象添加到該Map中，其中鍵就是ThreadLocal，值可以是任意類型。 這句話剛看可能不是很懂，下面我們一起看完源碼就明白了。

前面我們的理解是所有的常量值或者是引用類型的引用都是保存在ThreadLocal實例中的，但實際上不是的，這種說法只是讓我們更好的理解ThreadLocal變量這個概念。向ThreadLocal存入一個值，實際上是向當前線程對象中的ThreadLocalMap存入值，ThreadLocalMap我們可以簡單的理解成一個Map，而向這個Map存值的key就是ThreadLocal實例本身。

源碼

????也就是說，想要存入的ThreadLocal中的數據實際上并沒有存到ThreadLocal對象中去，而是以這個ThreadLocal實例作為key存到了當前線程中的一個Map中去了，獲取ThreadLocal的值時同樣也是這個道理。這也就是為什么ThreadLocal可以實現線程之間隔離的原因了。

內部類ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的內部類，實現了一套自己的Map結構?

ThreadLocalMap屬性：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        //初始容量16
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
        //散列表
        private Entry[] table;
        //entry 有效數量 
        private int size = 0;
        //負載因子
        private int threshold;

ThreadLocalMap設置ThreadLocal 變量

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            
            //與運算  & (len-1) 這就是為什么 要求數組len 要求2的n次冪 
            //因為len減一后最后一個bit是1 與運算計算出來的數值下標 能保證全覆蓋 
            //否者數組有效位會減半 
            //如果是hashmap 計算完下標后 會增加鏈表 或紅黑樹的查找計算量 
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            
            // 從下標位置開始向后循環搜索  不會死循環  有擴容因子 必定有空余槽點
            for (Entry e = tab[i];   e != null;  e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                //一種情況 是當前引用 返回值
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
                //槽點被GC掉 重設狀態 
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
			//槽點為空 設置value
            tab[i] = new Entry(key, value);
            //設置ThreadLocal數量
            int sz = ++size;
			
			//沒有可清理的槽點 并且數量大于負載因子 rehash
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

ThreadLocalMap屬性介紹????：

• 和普通Hashmap類似存儲在一個數組內，但與hashmap使用的拉鏈法解決散列沖突不同的是 ThreadLocalMap使用開放地址法

• 數組 初始容量16，負載因子2/3

• node節點 的key封裝了WeakReference 用于回收

ThreadLocalMap存儲位置

儲存在Thread中，有兩個ThreadLocalMap變量

threadLocals 在ThreadLocal對象方法set中去創建 也由ThreadLocal來維護

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

inheritableThreadLocals 和ThreadLocal類似 InheritableThreadLocal重寫了createMap方法

void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

inheritableThreadLocals 作用是將ThreadLocalMap傳遞給子線程

init方法中 條件滿足后直接為子線程創建ThreadLocalMap

注意：

• 僅在初始化子線程的時候會傳遞 中途改變副線程的inheritableThreadLocals 變量 不會將影響結果傳遞到子線程 。

• 使用線程池要注意 線程不回收 盡量避免使用父線程的inheritableThreadLocals 導致錯誤

Key的弱引用問題

為什么要用弱引用,官方是這樣回答的

To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.

為了處理非常大和生命周期非常長的線程，哈希表使用弱引用作為 key。

生命周期長的線程可以理解為：線程池的核心線程

ThreadLocal在沒有外部對象強引用時如Thread，發生GC時弱引用Key會被回收，而Value是強引用不會回收，如果創建ThreadLocal的線程一直持續運行如線程池中的線程，那么這個Entry對象中的value就有可能一直得不到回收，發生內存泄露。

• key 使用強引用????： 引用的ThreadLocal的對象被回收了，但是ThreadLocalMap還持有ThreadLocal的強引用，如果沒有手動刪除，ThreadLocal不會被回收，導致Entry內存泄漏。

• key 使用弱引用????： 引用的ThreadLocal的對象被回收了，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使沒有手動刪除，ThreadLocal也會被回收。value在下一次ThreadLocalMap調用set,get，remove的時候會被清除。

Java8中已經做了一些優化如，在ThreadLocal的get()、set()、remove()方法調用的時候會清除掉線程ThreadLocalMap中所有Entry中Key為null的Value，并將整個Entry設置為null，利于下次內存回收。

java中的四種引用

• 強引用????： 如果一個對象具有強引用，它就不會被垃圾回收器回收。即使當前內存空間不足，JVM也不會回收它，而是拋出 OutOfMemoryError 錯誤，使程序異常終止。如果想中斷強引用和某個對象之間的關聯，可以顯式地將引用賦值為null，這樣一來的話，JVM在合適的時間就會回收該對象

• 軟引用????： 在使用軟引用時，如果內存的空間足夠，軟引用就能繼續被使用，而不會被垃圾回收器回收，只有在內存不足時，軟引用才會被垃圾回收器回收。（軟引用可用來實現內存敏感的高速緩存,比如網頁緩存、圖片緩存等。使用軟引用能防止內存泄露，增強程序的健壯性）

• 弱引用????： 具有弱引用的對象擁有的生命周期更短暫。因為當 JVM 進行垃圾回收，一旦發現弱引用對象，無論當前內存空間是否充足，都會將弱引用回收。不過由于垃圾回收器是一個優先級較低的線程，所以并不一定能迅速發現弱引用對象

• 虛引用????： 虛引用并不會決定對象的生命周期。如果一個對象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。虛引用必須和引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用。當垃圾回收器準備回收一個對象時，如果發現它還有虛引用，就會在回收對象的內存之前，把這個虛引用加入到與之關聯的引用隊列中。（注意哦，其它引用是被JVM回收后才被傳入ReferenceQueue中的。由于這個機制，所以虛引用大多被用于引用銷毀前的處理工作。可以使用在對象銷毀前的一些操作，比如說資源釋放等。）

通常ThreadLocalMap的生命周期跟Thread（注意線程池中的Thread）一樣長，如果沒有手動刪除對應key（線程使用結束歸還給線程池了，其中的KV不再被使用但又不會GC回收，可認為是內存泄漏），一定會導致內存泄漏，但是使用弱引用可以多一層保障：弱引用ThreadLocal會被GC回收，不會內存泄漏，對應的value在下一次ThreadLocalMap調用set,get,remove的時候會被清除，Java8已經做了上面的代碼優化。

讀到這里，這篇“怎么使用Java中的ThreadLocal類”文章已經介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點還需要大家自己動手實踐使用過才能領會，如果想了解更多相關內容的文章，歡迎關注億速云行業資訊頻道。