Java多線程之ThreadLocal

ThreadLocal簡介

ThreadLocal是Java中的線程局部變量，用於存放線程的局部變量。

ThreadLocal爲每一個線程的中併發訪問的數據提供一個副本，經過訪問副原本運行業務，這樣的結果是耗費了內存，可是確避免線程同步所帶來性能消耗，也減小了線程併發控制的複雜度。

首先看一下ThreadLocal的API：

• get()：返回此線程局部變量的當前線程副本中的值。
• protected T initialValue()： 返回此線程局部變量的當前線程的「初始值」。
• void remove()： 移除此線程局部變量當前線程的值。
• void set(T value)： 將此線程局部變量的當前線程副本中的值設置爲指定值。

能夠看出ThreadLocal內部應該就是封裝了一個Map，本身實現ThreadLocal：

public class SimpleThreadLocal {
    private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
    public void set(Object newValue) {
        //①鍵爲線程對象，值爲本線程的變量副本
        valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);
    }
    public Object get() {
        Thread currentThread = Thread.currentThread();

        //②返回本線程對應的變量
        Object o = valueMap.get(currentThread); 
                
        //③若是在Map中不存在，放到Map中保存起來
        if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {
            o = initialValue();
            valueMap.put(currentThread, o);
        }
        return o;
    }
    public void remove() {
        valueMap.remove(Thread.currentThread());
    }
    public Object initialValue() {
        return null;
    }
}

以上代碼很好理解，JDK中的實現比這複雜，能夠自行查看源碼。

ThreadLocal基本使用

ThreadLocal對象一般用於防止對可變的單實例變量或全局變量進行共享。

當一個類中使用了static成員變量的時候，必定要多問問本身，這個static成員變量須要考慮線程安全嗎？也就是說，多個線程須要獨享本身的static成員變量嗎？若是須要考慮，不妨使用ThreadLocal。

例如，在單線程應用程序中可能會維護一個全局的數據庫鏈接，並在程序啓動的時候初始化這個鏈接，從而避免在調用每一個方法的時候都要傳遞一個Connection對象。因爲JDBC的鏈接對象不必定時線程安全的，所以，當多線程應用程序在沒有協同的狀況下使用全局變量時，就是否是線程安全的。經過把JDBC的鏈接保存到ThreadLocal對象中，每一個線程都會擁有本身的鏈接。

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;

public class ConnectionManager {

    private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
    @Override
    protected Connection initialValue() {
        Connection conn = null;
        try {
            conn = DriverManager.getConnection(
                    "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",
                    "password");
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return conn;
    }
    };

    public static Connection getConnection() {
        return connectionHolder.get();
    }

    public static void setConnection(Connection conn) {
        connectionHolder.set(conn);
    }
}

ThreadLocal須要注意的點

只要使用了「池」（線程池、鏈接池），在使用ThreadLocal時，尤爲須要注意，每一個線程在使用ThreadLocal的時候，必須對ThreadLocal執行一次clear操做，避免出現線程污染問題。

線程池中的線程是重複利用的，只要線程還在，ThreadLocal線程本地變量會一直存在系統中，在JavaEE的服務器中尤其明顯。

引用高廣超在Java解讀-ThreadLocal詳解與應用中所說：

根據池中的線程數量（在運行環境中大於100個線程是正常的）以及ThreadLocal變量中對象的大小，可能會發生致命的內存問題。例如對線程池中的200個線程進行配置以及將ThreadLocal變量的大小設置爲5MB，這將會致使有1GB的堆空間被這些變量所佔用。這將會致使一個GC的開銷而且可能會因爲OutOfMemoryError致使JVM崩潰。

參考資料：

Java解讀-ThreadLocal詳解與應用

《架構探險》—黃勇