ThreadLocal的使用介绍和底层原理解析和开源框架的使用实例
ThreadLocal简介
ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类,它可以为每个线程提供独立的变量副本,不同线程间的变量无法相互访问和修改。这避免了每个线程都要维护一套独立变量的麻烦,并且也减少了线程之间不必要的数据争用。ThreadLocal适用于这样的场景:每个线程需要有自己单独的实例,而不是共享实例。例如,在 web 应用中,每个请求被一个新的线程处理,每个线程需要有自己的变量实例。
ThreadLocal使用示例
代码语言：javascript复制public class ThreadLocalExample {
// 线程局部变量,每个线程有自己的变量副本
private ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
public void set(String value) {
threadLocal.set(value);
}
public String get() {
return threadLocal.get();
}
}
public class ThreadLocalTest {
public static void main(String[] args) {
ThreadLocalExample example = new ThreadLocalExample();
// 线程1设置threadLocal变量
example.set("Thread1 local variable");
System.out.println("Thread1 get: " example.get());
// 线程2无法获取线程1设置的threadLocal变量
Thread thread2 = new Thread() {
public void run() {
example.set("Thread2 local variable");
System.out.println("Thread2 get: " example.get());
}
};
thread2.start();
}
}运行结果: Thread1 get: Thread1 local variable Thread2 get: Thread2 local variable每个线程获取自己设置的值,并不同线程间互不干扰。
ThreadLocal原理解析
ThreadLocal内部使用ThreadLocalMap来存储每个线程的变量副本。ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类,每个线程都有自己的ThreadLocalMap副本。
ThreadLocal中get()方法的实现如下:
代码语言：javascript复制public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}- 获取当前线程对象
- 获取当前线程的ThreadLocalMap(实际上是从当前线程的ThreadLocalMap变量中获取)
- 在ThreadLocalMap中获取当前ThreadLocal变量对应的value值
- 如果不存在,调用setInitialValue()方法初始化value值,并存储到ThreadLocalMap中
这样,每个线程的ThreadLocal变量都被存储在自己的ThreadLocalMap中,相互独立,互不干扰。
ThreadLocalMap使用ThreadLocal对象作为key来存储value值。当ThreadLocal对象被回收时,由弱引用产生的key会在下一次GC时被清除,这会导致value值无法被访问到,出现内存泄漏,所以我们应该手动调用remove()方法,在ThreadLocal不再使用时清除它。
Spring中ThreadLocal的应用
Spring框架中大量使用了ThreadLocal,例如:
- TransactionSynchronizationManager: 管理线程事务上下文信息。
- RequestContextHolder: 存储request上下文,用于获取request信息。
- LocaleContextHolder: 存储locale上下文,用于获取locale信息。
这些类都使用ThreadLocal来为每个线程提供单独变量副本,避免了线程间数据交叉和覆盖的问题。
代码语言：javascript复制@Component
public class RequestHolder {
private ThreadLocal<HttpServletRequest> requestHolder = new ThreadLocal<>();
public void setRequest(HttpServletRequest request) {
requestHolder.set(request);
}
public HttpServletRequest getRequest() {
return requestHolder.get();
}
}这样每个线程在处理request时可以调用setRequest()方法存储自己的request对象,在其他地方需要获取request信息时,调用getRequest()方法即可获取当前线程对应的request对象。这就避免了每个线程都要维护一个request对象的麻烦,也减少了线程之间request对象混淆的问题。
小结
ThreadLocal为每个线程提供独立的变量副本,实现了线程隔离。它的主要作用是为每个线程保存一些 thread-local 的上下文信息,这些信息在线程的生命周期内起作用。
它的内部原理是使用ThreadLocalMap来存储每个线程对应的变量副本,键值为ThreadLocal对象,值则为变量副本。
它应用在许多地方,如Spring框架等,用于避免线程间数据交叉和覆盖的问题。
但是它也有一定的弊端,由于ThreadLocalMap使用ThreadLocal作为key,如果ThreadLocal被回收,就可能出现内存泄漏的问题。所以应该手动调用ThreadLocal的remove()方法,在ThreadLocal不再使用时清除它。
ThreadLocal的使用步骤
- 定义ThreadLocal变量:
private ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();- 在每个线程内设置ThreadLocal变量:
threadLocal.set("value");- 获取ThreadLocal变量:
String value = threadLocal.get();- 删除ThreadLocal变量:
threadLocal.remove();- 目前ThreadLocal类提供的方法有:
- set(T value): 设置当前线程的thread local变量的值。
- get(): 获取当前线程的thread local变量的值。
- remove(): 删除当前线程的thread local变量的值。
- initialValue(): 返回当前线程第一次调用get()时的值,后续调用get()会直接返回这个值。
- ThreadLocal应用举例:
- 解决数据库连接共享问题:每个线程都有自己的数据库连接,避免线程之间的连接混用。
private ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<>();
public Connection getConnection() {
Connection conn = connectionHolder.get();
if (conn == null) {
conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost/test", "root", "root");
connectionHolder.set(conn);
}
return conn;
} - 解决Session共享问题:每个线程都有自己的Session实例。
private ThreadLocal<HttpSession> sessionHolder = new ThreadLocal<>();
public HttpSession getSession() {
HttpSession session = sessionHolder.get();
if (session == null) {
session = request.getSession();
sessionHolder.set(session);
}
return session;
}- ThreadLocal内存泄漏问题的解决:
由于ThreadLocalMap使用ThreadLocal作为key来存储entry,如果ThreadLocal被回收,key变成null,就会出现内存泄漏。所以ThreadLocal使用完毕后,需要调用remove()方法清除数据,避免出现内存泄漏。
代码语言：javascript复制threadLocal.remove();常见面试题
- ThreadLocal能否解决线程安全问题?
答:ThreadLocal不能解决线程安全问题。ThreadLocal为每个线程提供独立的变量副本,实现线程隔离,但并不保证线程安全。如果多个线程同时修改同一个ThreadLocal变量,还是需要额外的同步措施保证线程安全。
- ThreadLocal会引起内存泄漏么?如何避免?
答:ThreadLocal会引起内存泄漏。因为ThreadLocalMap使用ThreadLocal作为key来存储entry,如果ThreadLocal被回收,key变成null,就会出现内存泄漏。 解决方法是在ThreadLocal不再使用时,手动调用remove()方法清除数据,避免出现内存泄漏。
- ThreadLocal的value为什么推荐使用引用类型?
答:因为每个线程访问自己的副本变量,如果使用基本类型,ThreadLocal需要为每个线程创建一个变量副本,这会消耗较多内存。 而如果使用引用类型,每个线程访问的都是同一个引用对象的副本,只是每个线程可以对这个对象进行修改,这可以节省内存,所以推荐ThreadLocal的value使用引用类型。
- ThreadLocalMap的工作原理是什么?
答:ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类,每个线程都有自己的ThreadLocalMap副本。 ThreadLocalMap使用ThreadLocal对象作为key来存储value值。在调用ThreadLocal的get()方法时,会先得到当前线程的ThreadLocalMap,然后再从其中获取与当前ThreadLocal对象关联的值。 put方法会将ThreadLocal对象作为key放入map中,并关联一个value。 当ThreadLocal对象被回收时,由弱引用产生的key会在下一次GC时被清除,这会导致value值无法被访问到,出现内存泄漏,所以在ThreadLocal不再使用时需要手动调用remove()方法清除数据。
- 个人理解ThreadLocal的主要作用和应用场景?
答:ThreadLocal的主要作用是为每个线程提供独立的变量副本,实现线程隔离。 它的应用场景主要有:
- 为每个线程绑定请求相关数据,避免同一个请求被不同线程处理时出现数据混淆的问题。
- 为每个线程单独绑定数据库连接、Session等资源,避免线程间共享资源。
- 解决变量共享导致的线程安全问题,通过给每个线程独立变量副本来隔离线程。
案例解析(框架源码经典案例)
这里我们以Spring中的ThreadLocal应用举个例子加深理解。
Spring中TransactionSynchronizationManager使用ThreadLocal来管理事务上下文信息。它定义了两个ThreadLocal变量:
代码语言：javascript复制private static final ThreadLocal<Map<Object, Object>> resources =
new NamedThreadLocal<Map<Object, Object>>("Transactional resources");
private static final ThreadLocal<Set<TransactionSynchronization>> synchronizations =
new NamedThreadLocal<Set<TransactionSynchronization>>("Transaction synchronizations");- resources: 用于存储事务相关资源,如数据库连接、Session等。
- synchronizations: 用于存储事务同步对象,如事务完成后需要执行的回调等。
当开始一个事务时,通过TransactionSynchronizationManager进行事务上下文的存储:
代码语言：javascript复制StaticTransactionSynchronizationAdapter.registerSynchronization(
new TransactionSynchronizationAdapter() {
@Override
public void afterCompletion(int status) {
if (status == STATUS_COMMITTED) {
afterCommit();
}
else {
afterRollback();
}
}
}
);
TransactionSynchronizationManager.bindResource(ds, conn);- 向synchronizations ThreadLocal集合中添加一个事务同步对象,用于在事务完成后执行回调。
- 向resources ThreadLocal集合中添加连接资源,以方便事务管理器管理。
事务完成时,TransactionSynchronizationManager会执行:
代码语言：javascript复制TransactionSynchronizationManager.initSynchronization();
try {
// 执行回调
TransactionSynchronizationManager.cleanupSynchronization();
}
finally {
// 清除ThreadLocal上的变量
TransactionSynchronizationManager.clear();
}- 调用initSynchronization执行注册的同步回调。
- 调用cleanupSynchronization执行后续清理工作。
- 调用clear()方法清除ThreadLocal上的事务上下文,避免内存泄漏。
这样,通过ThreadLocal为每个事务线程独立存储事务上下文,避免了线程间数据混淆和干扰的问题。同时也在事务完成后手动调用clear()方法清除ThreadLocal,解决了内存泄漏的问题。
这就是ThreadLocal在Spring事务管理中的典型应用, hope这能加深您对ThreadLocal用法的理解。
案例实战
这里我们来实现一个简单的Session管理,使用ThreadLocal为每个线程单独绑定Session实例。
代码语言：javascript复制public class SessionManager {
private ThreadLocal<HttpSession> sessionHolder = new ThreadLocal<>();
public HttpSession getSession() {
HttpSession session = sessionHolder.get();
if (session == null) {
session = request.getSession();
sessionHolder.set(session);
}
return session;
}
public void clear() {
sessionHolder.remove();
}
}- 定义ThreadLocal变量sessionHolder来存储每个线程的HttpSession实例。
- getSession()方法先从sessionHolder中获取 SESSION,如果不存在则创建一个新的SESSION,并存储到sessionHolder中。
- clear()方法用于手动清除sessionHolder,避免内存泄漏。
使用方式:
代码语言：javascript复制// 获取Session
SessionManager manager = new SessionManager();
HttpSession session = manager.getSession();
// 使用Session
session.setAttribute("key", "value");
// 获取Attribute
String value = (String) session.getAttribute("key");
// 手动清除
manager.clear(); 使用ThreadLocal为每个线程单独存储SESSION,避免了线程间SESSION实例的混淆,也能很好地管理SESSION生命周期。 同时也演示了如何防止ThreadLocal内存泄漏的问题,手动调用clear()方法清除ThreadLocal变量。此案例结合理论介绍了ThreadLocal的整个使用过程,包括定义ThreadLocal变量,为每个线程单独设置变量值,获取变量值,清除ThreadLocal变量等步骤。并分析了其工作原理和应用场景,希望能够帮助大家进一步理解和熟练掌握ThreadLocal。
