如何使用Java中的ThreadLocal類別？

Threadlocal有什麼用：

簡單的說就是，一個ThreadLocal在一個執行緒中是共享的，在不同執行緒之間又是隔離的（每個線程都只能看到自己線程的值）。如下圖：

ThreadLocal使用實例

API介紹

在使用Threadlocal之前我們先看以下它的API：

ThreadLocal類別的API非常的簡單，在這裡比較重要的就是get()、set()、remove(),set用於賦值操作，get用於取得變數的值，remove就是刪除目前變數的值.需要注意的是initialValue方法會在第一次呼叫時被觸發，用於初始化當前變數值，預設是initialValue回傳的是null。

ThreadLocal的使用

說完了ThreadLocal類別的API了，那我們就來動手實踐一下了，來理解前面的那句話：一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的（每個線程都只能看到自己線程的值）

public class ThreadLocalTest {

    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
	// 重写这个方法，可以修改“线程变量”的初始值，默认是null
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //一号线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("一号线程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(1);
                System.out.println("一号线程set后：" + threadLocal.get());
            }
        }).start();

        //二号线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("二号线程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(2);
                System.out.println("二号线程set后：" + threadLocal.get());

            }
        }).start();

        //主线程睡1s
        Thread.sleep(1000);

        //主线程
        System.out.println("主线程的threadlocal值：" + threadLocal.get());

    }

}

稍微解釋一下上面的程式碼：

每一個ThreadLocal實例就類似於一個變數名，不同的ThreadLocal實例就是不同的變數名，它們內部會存有一個值（暫時如此理解）在後面的描述中所說的「ThreadLocal變數或是執行緒變數」代表的就是ThreadLocal類別的實例。

在類別中建立了一個靜態的 “ThreadLocal變數”，在主線程中建立兩個線程，在這兩個線程中分別設定ThreadLocal變數為1和2。然後等待一號和二號線程執行完畢後，在主線程中查看ThreadLocal變數的值。

程式結果及分析⌛

程式結果重點看的是主執行緒輸出的是0，如果是一個普通變量，在一號執行緒和二號線程中將普通變量設為1和2，那麼在一二號線程執行完畢後在打印這個變量，輸出的值肯定是1或者2（到底輸出哪一個由操作系統的線程調度邏輯有關）。但使用ThreadLocal變數經由兩個執行緒賦值後，在主執行緒程中輸出的卻是初始值0。在這也就是為什麼“一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的”，每個線程都只能看到自己線程的值，這也就是ThreadLocal的核心作用：實現線程範圍的局部變數。

Threadlocal 的原始碼分析

原理

每個Thread物件都有一個ThreadLocalMap，當建立一個ThreadLocal的時候，就會將該ThreadLocal物件加入到該Map中，其中鍵就是ThreadLocal，值可以是任意型別。這句話剛看可能不是很懂，下面我們一起看完原始碼就懂了。

前面我們的理解是所有的常數值或是引用型別的引用都是保存在ThreadLocal實例中的，但實際上不是的，這種說法只是讓我們更好的理解ThreadLocal變數這個概念。在ThreadLocal存入一個值，實際上是存入一個值線程物件中的ThreadLocalMap，ThreadLocalMap我們可以簡單的理解成一個Map，而儲存到這個Map值的key就是ThreadLocal實例本身。

原始碼

????也就是說，想要存入的ThreadLocal中的資料其實並沒有存到ThreadLocal物件中去，而是以這個ThreadLocal實例作為key存到了當前線程中的一個Map中去了，而取得ThreadLocal的值時同樣也是這個道理。這就是為什麼ThreadLocal可以實現線程之間隔離的原因了。

內部類別ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的內部類，實作了一套自己的Map結構✨

ThreadLocalMap屬性：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        //初始容量16
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
        //散列表
        private Entry[] table;
        //entry 有效数量 
        private int size = 0;
        //负载因子
        private int threshold;

ThreadLocalMap設定ThreadLocal變數

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            
            //与运算  & (len-1) 这就是为什么 要求数组len 要求2的n次幂 
            //因为len减一后最后一个bit是1 与运算计算出来的数值下标 能保证全覆盖 
            //否者数组有效位会减半 
            //如果是hashmap 计算完下标后 会增加链表 或红黑树的查找计算量 
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            
            // 从下标位置开始向后循环搜索  不会死循环  有扩容因子 必定有空余槽点
            for (Entry e = tab[i];   e != null;  e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                //一种情况 是当前引用 返回值
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
                //槽点被GC掉 重设状态 
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
			//槽点为空 设置value
            tab[i] = new Entry(key, value);
            //设置ThreadLocal数量
            int sz = ++size;
			
			//没有可清理的槽点 并且数量大于负载因子 rehash
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

ThreadLocalMap屬性介紹????：

• #和普通Hashmap類似儲存在一個陣列內，但與hashmap使用的拉鍊法解決散列衝突不同的是ThreadLocalMap使用開放位址法

• 陣列初始容量16，負載因子2/3

• node節點的key封裝了WeakReference 用於回收

ThreadLocalMap儲存位置

儲存在Thread中，有兩個ThreadLocalMap變數

#threadLocals 在ThreadLocal在物件方法set中去創建也由ThreadLocal來維護

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

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

inheritableThreadLocals 和ThreadLocal類似InheritableThreadLocal重寫了createMap方法

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

inheritableThreadLocals 作用是将ThreadLocalMap传递给子线程

init方法中 条件满足后直接为子线程创建ThreadLocalMap

注意：

• 仅在初始化子线程的时候会传递 中途改变副线程的inheritableThreadLocals 变量 不会将影响结果传递到子线程 。

• 使用线程池要注意 线程不回收 尽量避免使用父线程的inheritableThreadLocals 导致错误

Key的弱引用问题

为什么要用弱引用,官方是这样回答的

To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.

为了处理非常大和生命周期非常长的线程，哈希表使用弱引用作为 key。

生命周期长的线程可以理解为：线程池的核心线程

ThreadLocal在没有外部对象强引用时如Thread，发生GC时弱引用Key会被回收，而Value是强引用不会回收，如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行如线程池中的线程，那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收，发生内存泄露。

• key 使用强引用????： 引用的ThreadLocal的对象被回收了，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。

• key 使用弱引用????： 引用的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。

Java8中已经做了一些优化如，在ThreadLocal的get()、set()、remove()方法调用的时候会清除掉线程ThreadLocalMap中所有Entry中Key为null的Value，并将整个Entry设置为null，利于下次内存回收。

java中的四种引用

• 强引用????： 如果一个对象具有强引用，它就不会被垃圾回收器回收。即使当前内存空间不足，JVM也不会回收它，而是抛出 OutOfMemoryError 错误，使程序异常终止。如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显式地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象

• 软引用????： 在使用软引用时，如果内存的空间足够，软引用就能继续被使用，而不会被垃圾回收器回收，只有在内存不足时，软引用才会被垃圾回收器回收。（软引用可用来实现内存敏感的高速缓存,比如网页缓存、图片缓存等。使用软引用能防止内存泄露，增强程序的健壮性）

• 弱引用????： 具有弱引用的对象拥有的生命周期更短暂。因为当 JVM 进行垃圾回收，一旦发现弱引用对象，无论当前内存空间是否充足，都会将弱引用回收。不过由于垃圾回收器是一个优先级较低的线程，所以并不一定能迅速发现弱引用对象

• 虚引用????： 虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。（注意哦，其它引用是被JVM回收后才被传入ReferenceQueue中的。由于这个机制，所以虚引用大多被用于引用销毁前的处理工作。可以使用在对象销毁前的一些操作，比如说资源释放等。）

通常ThreadLocalMap的生命周期跟Thread（注意线程池中的Thread）一样长，如果没有手动删除对应key（线程使用结束归还给线程池了，其中的KV不再被使用但又不会GC回收，可认为是内存泄漏），一定会导致内存泄漏，但是使用弱引用可以多一层保障：弱引用ThreadLocal会被GC回收，不会内存泄漏，对应的value在下一次ThreadLocalMap调用set,get,remove的时候会被清除，Java8已经做了上面的代码优化。

以上是如何使用Java中的ThreadLocal類別？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！