Java Core 「17」ThreadLocal

作者：Samson

2022 年 6 月 24 日
本文字数：2040 字
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摘要

在多线程环境下，最常用的实现线程安全的方式有如下几种：

互斥同步机制，例如 Lock，synchronized 关键字，信号量等。
非阻塞同步机制，例如自旋 + CAS。
线程独享机制，即不在多线程间共享，例如本文要学习的 ThreadLocal。

那么，ThreadLocal 是如何实现每个线程独有一份副本的？

01-ThreadLocal 线程隔离原理

当我们在某个类中使用 ThreadLocal 类型的变量时，是如何做到每个线程存储一份副本的呢？我们知道，在 Java 中，每个线程都是一个独立的 Thread 对象。要实现线程之间互相独立，肯定要在 Thread 对象上做功夫。

Thread 类中有如下的一个属性：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

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当我们使用 ThreadLocal 对象获得值时，一般会用如下的写法：

ThreadLocal<Object> tl = new ThreadLocal();Object obj = tl.get();

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让我们看一下，当我们调用 get 方法时，做了什么操作：

public T get() {		/** 获得调用此方法的当前线程 */    Thread t = Thread.currentThread();		/** getMap 返回的就是 Thread 中的 threadLocals 对象 */    ThreadLocalMap map = getMap(t);    if (map != null) {				/** 此处的 this 指的是上面的 tl 对象*/        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); 				/** 检查 threadLocals 中是否存在与 tl 相关的值（以 tl 为键的值） */        if (e != null) {            @SuppressWarnings("unchecked")            T result = (T)e.value;            return result;        }    }		/** 如果 t.threadLocals 为空，则为其初始化一个，     * 并将 initialValue() 方法的返回值写入 */    return setInitialValue();}

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02-示例分析

知道 ThreadLocal 实现线程间隔离的原理后，我们来分析一个实例，来具体看一下整个过程。假设我们有如下的程序：

/** private static 是一个典型的写法 */private static ThreadLocal<String> dbConnection = new ThreadLocal<String>() {    @Override    protected String initialValue() {        Thread t = Thread.currentThread();        return t.getName();    }};
public String getConnection() {    return dbConnection.get();}

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假设有线程 t1 / t2：

new Thread(() -> {    String str = getConnection();    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " str = " + str);}, "thread-t1").start();
new Thread(() -> {    String str = getConnection();    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " str = " + str);}, "thread-t2").start();

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当线程 t1 执行到 getConnection 时，会调用 ThreadLocal 中的 get 方法。在 get 方法中，先获取当前线程，即 t1。然后，获取 t1 的 threadLocals 映射表。此时，t1.threadLocals 为 null，即尚未初始化。然后，调用 setInitialValue，再到我们重写的方法 initialValue，返回当前线程 t1 的线程名”thread-t1“。最后，初始化 t1.threadLocals 并将 dbConnection 对象和”thread-t1”写入到 t1.threadLocals 中。

线程 t2 的执行过程与 t1 一样。因为 t1.threadLocals 和 t2.threadLocals 是两个 Thread 对象中的变量，所以互相不干扰。这样，借助 ThreadLocal 线程 t1 和 t2 实现了 dbConnection 的隔离访问。

03-ThreadLocal 导致的内存泄漏问题

ThreadLocal 有可能会导致内存泄漏的发生。从前面的学习中我们了解到，Thread 类中存在一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap 对象，它是一个映射表，key 是对 ThreadLocal 对象（若引用），value 是一个特定类型的值。

内存泄漏出现的原因是，假如某个 ThreadLocal 对象的强引用不在了，其势必会被 GC 回收掉。但是，Thread 类中的 ThreadLocal.ThreadLocalMap 对象的生存周期与线程对象是一致的。当 ThreadLocal 对象被回收后，就无法访问其对应的 value，导致内存一致不能释放。

有一种常见的错误就是，在线程池中不恰当地使用 ThreadLocal，线程池中的线程对象一直存在，当上述情况发生时，发生内存泄漏的机率更大。

ThreadLocal 推荐的使用方法是：