Java中ThreadLocal的原理是什么及怎么使用

這篇文章主要介紹“Java中ThreadLocal的原理是什么及怎么使用”，在日常操作中，相信很多人在Java中ThreadLocal的原理是什么及怎么使用問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Java中ThreadLocal的原理是什么及怎么使用”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

用法

• 隔離各個線程間的數據

• 避免線程內每個方法都進行傳參，線程內的所有方法都可以直接獲取到ThreadLocal中管理的對象。

package com.example.test1.service;

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

@Component
public class AsyncTest {

    // 使用threadlocal管理
    private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatLocal =
            ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"));

    // 不用threadlocal進行管理，用于對比
    SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat();

    // 線程名稱以task開頭
    @Async("taskExecutor")
    public void formatDateSync(String format, Date date) throws InterruptedException {
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = dateFormatLocal.get();
        simpleDateFormat.applyPattern(format);
        
        // 所有方法都可以直接使用這個變量，而不用根據形參傳入
        doSomething();
        
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("sync " + Thread.currentThread().getName() +  " | " + simpleDateFormat.format(date));
        
        // 線程執行完畢，清除數據
        dateFormatLocal.remove();
    }

    // 線程名稱以task2開頭
    @Async("taskExecutor2")
    public void formatDate(String format, Date date) throws InterruptedException {
        dateFormat.applyPattern(format);
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("normal " + Thread.currentThread().getName() +  " | " + dateFormat.format(date));
    }
}

使用junit進行測試：

@Test
void test2() throws InterruptedException {
for(int index = 1; index <= 10; ++index){
String format = index + "-yyyy-MM-dd";
Date time = new Date();
asyncTest.formatDate(format, time);
}

for(int index = 1; index <= 10; ++index){
String format = index + "-yyyy-MM-dd";
Date time = new Date();
asyncTest.formatDateSync(format, time);
}
}

結果如下，可以看到沒有被 ThreadLocal 管理的變量已經無法匹配正確的format。

sync task--10 | 10-2023-04-11
sync task--9 | 9-2023-04-11
normal task2-3 | 2-2023-04-11
normal task2-5 | 2-2023-04-11
normal task2-10 | 2-2023-04-11
normal task2-6 | 2-2023-04-11
sync task--1 | 1-2023-04-11
normal task2-7 | 2-2023-04-11
normal task2-8 | 2-2023-04-11
normal task2-9 | 2-2023-04-11
sync task--6 | 6-2023-04-11
sync task--3 | 3-2023-04-11
sync task--2 | 2-2023-04-11
sync task--7 | 7-2023-04-11
sync task--4 | 4-2023-04-11
sync task--8 | 8-2023-04-11
normal task2-4 | 2-2023-04-11
normal task2-1 | 2-2023-04-11
sync task--5 | 5-2023-04-11
normal task2-2 | 2-2023-04-11

實現原理

從ThreadLocal中獲取數據的過程：

先獲取對應的線程。

通過 getMap(t)拿到線程中的 ThreadLocalMap

ThreadLocalMap 是一個重新實現的散列表，基于兩個元素實現散列：

• 用戶定義的ThreadLocal對象，例如：dateFormatLocal。

• 封裝了value的Entry對象。

通過map.getEntry(this)方法，根據當前的 threadlocal對象在散列表中獲得對應的Entry

如果是第一次使用get()， 則使用 setInitialValue()調用用戶重寫的initialValue()方法創建map并使用用戶指定的值初始化。

在這種設計方式下，線程死去的時候，線程共享變量ThreadLocalMap會被銷毀。

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();
}

注意 Entry對象是弱引用：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    // k: ThreadLocal, v: value
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

弱引用的常見用法是：

WeakReference<RoleDTO> weakReference = new WeakReference<>(new RoleDTO());

因此，在Entry中，k 代表ThreadLocal對象，它是弱引用。v代表ThreadLocal管理的那個value，是強引用。

內存泄漏

內存泄漏是指無用對象（不再使用的對象）持續占有內存或無用對象的內存得不到及時釋放，從而造成內存空間的浪費稱為內存泄漏。隨著垃圾回收器活動的增加以及內存占用的不斷增加，程序性能會逐漸表現出來下降，極端情況下，會引發OutOfMemoryError導致程序崩潰。

內存泄漏問題主要在線程池中出現，因為線程池中的線程是不斷執行的，從任務隊列中不斷獲取新的任務執行。但是任務中可能有ThreadLocal對象，這些對象的ThreadLocal會保存在線程的ThreadLocalMap中，因此ThreadLocalMap會越來越大。

但是ThreadLocal是由任務（worker）傳入的，一個任務執行結束后，對應的ThreadLocal對象會被銷毀。線程中的關系是： Thread -> ThreadLoalMap -> Entry<ThreadLocal, Object>。ThreadLocal由于是弱引用會，在GC的時候會被銷毀，這會導致 ThreadLoalMap中存在Entry<null, Object>。

使用remove()

由于線程池中的線程一直在運行，如果不對ThreadLoalMap進行清理，那Entry<null, Object>會一直占用內存。remove()方法會清除key==null的Entry。

使用static修飾

將ThreadLocal設置成static可以避免一個線程類多次傳入線程池后重復創建Entry。例如，有一個用戶定義的線程

public class Test implements Runnable{
    private static ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<>();
    @Override
    public void run() {
        // do something
    }
}

使用線程池處理10個任務。那么線程池中每個用來處理任務的線程的Thread.ThreadLocalMap中都會保存一個Entry<local, Integer>，由于添加了static關鍵字，所有每個線程中的Entry中的local變量引用的都是同一個變量。這時就算發生內存泄漏，所有的Test類也只有一個local對象，不會導致內存占用過多。

@Test
void contextLoads() {
   Runnable runnable = () -> {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName());
   };

   for(int index = 1; index <= 10; ++index){
      taskExecutor2.submit(new com.example.test1.service.Test());
   }
}

到此，關于“Java中ThreadLocal的原理是什么及怎么使用”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！