java中的多线程（五）线程变量ThreadLocal

一、介绍

1、介绍：

package java.lang;
public class ThreadLocal<T>

ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的，也就是说该变量是当前线程独有的变量。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

ThreadLoal 变量，线程局部变量，同一个 ThreadLocal 所包含的对象在不同的 Thread 中有不同的副本，这就不存在多线程间共享的问题。

2、与普通变量的区别

每个使用该变量的线程都会初始化一个完全独立的实例副本。ThreadLocal 变量通常被private static修饰。当一个线程结束时，它所使用的所有 ThreadLocal 相对的实例副本都可被回收。总的来说，ThreadLocal 适用于每个线程需要自己独立的实例且该实例需要在多个方法中被使用，也即变量在线程间隔离而在方法或类间共享的场景

3、与Synchronized的区别

ThreadLocal<T>其实是与线程绑定的一个变量。ThreadLocal和Synchonized都可以用于解决多线程并发访问。区别在于：

（1）Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。

（2）Synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一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。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

二、方法和原理

方法名	描述
ThreadLocal()	创建ThreadLocal对象
public void set( T value)	设置当前线程绑定的局部变量
public T get()	获取当前线程绑定的局部变量
public T remove()	移除当前线程绑定的局部变量，该方法可以帮助JVM进行GC
protected T initialValue()	返回当前线程局部变量的初始值

1、ThreadLocal的set()方法

 public void set(T value) {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取线程中的属性 threadLocalMap ,如果threadLocalMap 不为空，
        //则直接更新要保存的变量值，否则创建threadLocalMap，并赋值
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            // 初始化thradLocalMap 并赋值
            createMap(t, value);
    }

ThreadLocal set赋值的时候首先会获取当前线程thread,并获取thread线程中的ThreadLocalMap属性。如果map属性不为空，则直接更新value值，如果map为空，则实例化threadLocalMap,并将value值初始化。

2、核心ThreadLocalMap

  static class ThreadLocalMap {
 
        /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
 
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
 
        
    }

ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部静态类，而它的构成主要是用Entry来保存数据，而且还是继承的弱引用。在Entry内部使用ThreadLocal作为key，使用我们设置的value作为value。

//这个是threadlocal 的内部方法
void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
 
 
    //ThreadLocalMap 构造方法
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            size = 1;
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }

ThreadLocal与Thread，ThreadLocalMap之间的关系：

ThreadLocalMap其实是Thread线程的一个属性值，而ThreadLocal是维护ThreadLocalMap

这个属性指的一个工具类。Thread线程可以拥有多个ThreadLocal维护的自己线程独享的共享变量（这个共享变量只是针对自己线程里面共享）

2.1、JDK8 之前

每个ThreadLocal都创建一个ThreadLocalMap，用线程作为ThreadLocalMap的key，要存储的局部变量作为ThreadLocalMap的value，这样就能达到各个线程的局部变量隔离的效果

2.1、JDK8 之后

（1）每个Thread维护一个ThreadLocalMap，这个ThreadLocalMap的key是ThreadLocal实例本身，value才是真正要存储的值Object
（2）每个Thread线程内部都有一个ThreadLocalMap
（3）Map里面存储ThreadLocal对象（key）和线程的变量副本（value）
（4）Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值
（5）对于不同的线程，每次获取副本值时，别的线程并不能获取到当前线程的副本值，形成了副本的隔离，互不干扰。。

3、 ThreadLocal的get方法

    public T get() {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取当前线程的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        //3、如果map数据不为空，
        if (map != null) {
            //3.1、获取threalLocalMap中存储的值
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        //如果是数据为null，则初始化，初始化的结果，TheralLocalMap中存放key值为threadLocal，值为null
        return setInitialValue();
    }
 
 
private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

4、ThreadLocal的remove方法

 public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }

remove方法，直接将ThrealLocal 对应的值从当前相差Thread中的ThreadLocalMap中删除。为什么要删除，这涉及到内存泄露的问题。

实际上 ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，弱引用的特点是，如果这个对象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的时候必然会被清理掉。

所以如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候会被清理掉的，这样一来 ThreadLocalMap中使用这个 ThreadLocal 的 key 也会被清理掉。但是，value 是强引用，不会被清理，这样一来就会出现 key 为 null 的 value。

三、使用场景

1、共享变量访问，解决线程不安全问题

/**
 * 线程间访问共享变量之间问题
 * */
public class DemoQuestion {
    private String name;
    private int age;

    public static void main(String[] args) {
        DemoQuestion demoQuestion = new DemoQuestion();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            // int j = i;
            new Thread(() ->{
                // demoQuestion.setAge(j);
                demoQuestion.setName(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
                System.out.println("=================");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demoQuestion.getName());
                // System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demoQuestion.getAge());
            },"t" + i).start();
        }
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

（1）使用Synchronized 关键字加锁解决方案

/**
 * 使用加锁的方式解决：线程间访问共享变量之间问题
 * 将对共享变量的操作进行加锁，保证其原子性
 * */
public class SolveDemoQuestionBySynchronized {
    private String name;
    private int age;

    public static void main(String[] args) {
        SolveDemoQuestionBySynchronized demoQuestion = new SolveDemoQuestionBySynchronized();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            // int j = i;
            new Thread(() ->{
                synchronized (SolveDemoQuestionBySynchronized.class){
                    demoQuestion.setName(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
                    System.out.println("=================");
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demoQuestion.getName());
                }
            },"t" + i).start();
        }
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

（2）使用 ThreadLocal 方式解决

public class SolveDemoQuestionByThreadLocal {
    private  ThreadLocal<String> name = new ThreadLocal<>();
    private int age;

    public static void main(String[] args) {
        SolveDemoQuestionByThreadLocal demoQuestion = new SolveDemoQuestionByThreadLocal();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() ->{
                demoQuestion.setName(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
                System.out.println("=================");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demoQuestion.getName());
            },"t" + i).start();
        }
    }
    public String getName() {
        return name.get();
    }
    private void setName(String content) {
        name.set(content);
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}