Java-ThreadLocal

1. 简介

主要解决多线程中数据因并发产生不⼀致问题，同个线程共享数据，ThreadLocal为每⼀个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某时间访问到的并不是同⼀个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享，这样的结果是耗费了内存，但大大减少了线程同步所带来性能消耗，也减少了线程并发控制的复杂度。

ThreadLocal不能使用原子类型，只能使用Object类型

  • 原理和源码
    • ThreadLocal中的⼀个内部类ThreadLocalMap，这个类没有实现map接口，就是⼀个普通的Java类，但是实现的类似map的功能
    • 每个数据用Entry保存，其中的Entry继承与WeakReference，用⼀个键值对存储，键为ThreadLocal的引用。
    • 每个线程持有⼀个ThreadLocalMap对象，每⼀个新的线程Thread都会实例化⼀个ThreadLocalMap并赋值给成员变量threadLocals，使用时若已经存在threadLocals，则直接使用已经存在的对象。

2. 3种实现

2.1 ThreadLocal

2.2 InheritableThreadLocal

InheritableThreadLocal继承于ThreadLocal，主要解决父子线程变量传递问题，InheritableThreadLocal可以把父线程的变量传递给子线程。

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public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {
    
    protected T childValue(T parentValue) {
        return parentValue;
    }

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
       return t.inheritableThreadLocals;
    }

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

public class ThreadLocal<T> {
    ...
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

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

// 在初始化的时候，进行传值
if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
            this.inheritableThreadLocals =
                ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);

  • 原理

    • InheritableThreadLocal存储数据的在ThreadLocalMap的inheritableThreadLocals对象里，在线程初始化的时候，该对象会复制父线程的数据到子线程
    • ThreadLocalMap存储数据在threadLocals中，不会复制父线程数据

  • 存在的问题

    • 使用线程池时失效，InheritableThreadLocal是在创建初始化线程的时候，进行赋值，但是线程池中的线程都是提前创建好的，所以无法复制线程变量

2.3 TransmittableThreadLocal

在使用线程池等会池化复用线程的执行组件情况下，提供ThreadLocal值的传递功能，解决异步执行时上下文传递的问题。

3. 问题

  • 为什么ThreadLocal的键是弱引用，如果是强引用有什么问题

    • Java中除了基础的数据类型以外，其它的都为引用类型。而Java根据其生命周期的长短将引用类型又分为强引用 、 软引用 、 弱引用 、 虚引用，正常情况下我们平时基本上我们只用到强引用类型

    • 强引用 new了⼀个对象就是强引用 Object obj = new Object();

    • 软引用的生命周期比强引用短⼀些,通过SoftReference类实现，当内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它; 当JVM认为内存空间不足时，就会去试图回收软引用指向的对象，也就是说在JVM抛出OutOfMemoryError之前，会去清理软引用对象主要用来描述⼀些【有用但并不是必需】的对象
      使用场景：适合用来实现缓存，内存空间充足的时候将数据缓存在内存中，如果空间不足了就将其回收掉

    • 弱引用是通过WeakReference类实现的，它的生命周期比软引用还要短，在GC的时候，不管内存空间足不足都会回收这个对象
      使用场景：⼀个对象只是偶尔使用，希望在使用时能随时获取，但也不想影响对该对象的垃圾收集，则可以考虑使用弱引用来指向该对象。

    • 如果是强引用，即使把ThreadLocal设置为null，但是ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用，如果没有手动删除，ThreadLocal不会被回收，导致Entry内存泄漏

    • 如果是弱引用，引用ThreadLocal的对象被回收了，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使没有手动删除，ThreadLocal也会被回收。value在下⼀次ThreadLocalMap调用set、get、remove的时候会被清除。