一、ThreadLocal

我們知道多線程訪問同一個(gè)共享變量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)線程安全問題，為了保證線程安全開發(fā)者需要對(duì)共享變量的訪問操作進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐讲僮?，如加鎖等同步操作。

除此之外，Java提供了ThreadLocal類，當(dāng)一個(gè)共享變量使用ThreadLocal聲明時(shí)，它表明，當(dāng)每個(gè)線程訪問共享變量時(shí)，會(huì)把共享變量復(fù)制一份到線程的工作內(nèi)存，之后線程對(duì)此共享變量進(jìn)行操作時(shí)操作的都是線程工作內(nèi)存的變量而不是主內(nèi)存中的共享變量，從而不需要加鎖的同步操作實(shí)現(xiàn)避免出現(xiàn)線程安全問題。

二、Thread使用代碼示例

public class ThreadLocalTest {
    private static ThreadLocal<String> variable = new ThreadLocal<>(); // (1) 
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        variable.set(Thread.currentThread().getName());  // (2)
        // 創(chuàng)建線程一
        var thread1 = new Thread(() -> {
            System.err.println("Thread Name before set: " + Thread.currentThread().getName() + " " + variable.get());  // (3)
            variable.set(Thread.currentThread().getName()); // (4)
            System.err.println("Thread Name after set: " + Thread.currentThread().getName() + " " + variable.get()); // (5)
        });


        var thread2 = new Thread(() -> {
            System.err.println("Thread Name before set: " + Thread.currentThread().getName() + " " + variable.get()); // (6)
            variable.set(Thread.currentThread().getName()); // (7)
            System.err.println("Thread Name after set: " + Thread.currentThread().getName() + " " + variable.get()); // (8)
        });
        thread1.start();  // (9)
        thread2.start(); // (10)
        Thread.sleep(2000); // (11)
        System.err.println("main thread: " + variable.get()); // (12)
    }
}

輸出：

Thread2 before set: Thread-1 null
Thread2 after set: Thread-1 Thread-1
Thread1 before set: Thread-0 null
Thread1 after set: Thread-0 Thread-0
main thread: main

示例中我們創(chuàng)建了兩個(gè)線程，每個(gè)線程里都讀取和設(shè)置全局的ThreadLcoal變量：

代碼（1）創(chuàng)建了一個(gè)ThreadLocal共享變量variable，這里其實(shí)設(shè)置的是主線程工作內(nèi)存里的共享變量副本

代碼（2）主線程設(shè)置ThreadLocal變量variable

代碼（3）線程一讀取共享變量variable的值

代碼（4）線程一設(shè)置共享變了variable的值，這里其實(shí)設(shè)置的是線程一工作內(nèi)存里的共享變量副本

代碼（5）線程一再次讀取共享變量variable的值

代碼（6）線程二讀取共享變量variable的值

代碼（7）線程二設(shè)置共享變了variable的值，這里其實(shí)設(shè)置的是線程二工作內(nèi)存里的共享變量副本

代碼（8）線程二再次讀取共享變量variable的值

代碼（9）啟動(dòng)線程一

代碼（10）啟動(dòng)線程二

代碼（11）主線程休眠2秒

代碼（12）主線程讀取共享變量variable的值

從輸出我們可以看到，每個(gè)兩個(gè)線程所操作的ThreadLocal變量互不影響，其實(shí)每個(gè)線程在設(shè)置和讀取共享變量variable時(shí)操作的都是共享變量在線程自己工作內(nèi)存里的副本，并不會(huì)影響到其他線程的值。

三、ThreadLocal原理

我們說線程操作ThreadLocal類型的變量時(shí)，會(huì)復(fù)制一個(gè)變量副本到線程工作空間，然后所有操作都是對(duì)副本變量進(jìn)行的。那線程是怎么復(fù)制ThreadLocal變量到線程工作空間的，線程和ThreadLocal之前是怎么關(guān)聯(lián)的。首先我們來看一看Thread的結(jié)構(gòu)

可以看到Thread類有很多屬性，我們現(xiàn)在只關(guān)心threadLocals和inheritableThreadLocals，這兩個(gè)變量都是ThreadLocalMap類型的實(shí)例。TThreadLocalMap是一個(gè)ThreadLocal.ThreadLocalMap類型，這是一個(gè)特殊的Map。

首先看一下在前面的例子中我們是怎么在線程中使用ThreadLocal變量的，

variable.set(Thread.currentThread().getName()); // 設(shè)置ThreadLocal變量
variable.get();    // 讀取ThreadLocal變量

接下來我們看看ThreadLocal變量的set和get方法。

ThreadLocal.get()相關(guān)源碼如下：

public T get() {
  return get(Thread.currentThread()); // (1)
}

private T get(Thread t) {
  ThreadLocalMap map = getMap(t);  // (2)
  if (map != null) {
    ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); // (3)
    if (e != null) {
      @SuppressWarnings("unchecked")
      T result = (T) e.value;
      return result;
    }
  }
  return setInitialValue(t);   // (4)
}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
  return t.threadLocals;    // (5)
}

從代碼（1）可以看到，調(diào)用ThreadLocal的get()方法時(shí)，會(huì)將當(dāng)前線程作為參數(shù)傳遞。代碼（2）調(diào)用getMap方法獲取ThreadLocalMap類型變量，如果map不為空則把ThreadLocal實(shí)例作為key獲取值，這個(gè)值就是ThreadLocal變量的值（5）可以看到getMap方法返回的就是Thread類型的threadLocals變量。根據(jù)上述分析我們可以知道：

線程在讀取ThreadLocal變量時(shí)，實(shí)際是獲取當(dāng)前線程的threadLocals變量，然后把ThreadLocal實(shí)例當(dāng)做key從threadLocals查詢對(duì)應(yīng)的值。也就是說線程讀取的ThreadLocal的實(shí)際值并不是存在ThreadLocal實(shí)例里的，而是存在線程的threadLocals里面，threadLocals是一個(gè)ThreadLocal.ThreadLocalMap，這是一個(gè)特殊的Map，key為ThreadLocal實(shí)例，值為ThreadLocal變量的實(shí)際值。ThreadLoca相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)接口，連接Thread和ThreadLocal。

代碼（4）可以看到如果當(dāng)前線程的threadLocals變量為null，會(huì)調(diào)用ThreadLocal的setInitialValue方法初始化當(dāng)前線程的threadLocals實(shí)例。

private T setInitialValue(Thread t) {
  T value = initialValue();
  ThreadLocalMap map = getMap(t);
  if (map != null) {
    map.set(this, value);
  } else {
    createMap(t, value);
  }
  if (this instanceof TerminatingThreadLocal<?> ttl) {
    TerminatingThreadLocal.register(ttl);
  }
  if (TRACE_VTHREAD_LOCALS) {
    dumpStackIfVirtualThread();
  }
  return value;
}

void createMap(Thread t, T firstValue) {
  t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); // (1)
}

setInitialValue方法會(huì)創(chuàng)建參數(shù)傳遞線程的threadLocals值，并且設(shè)置一個(gè)初始化值。從代碼(1)可以看到threadLocals的key為ThreadLocal實(shí)例。

下面再看看ThreadLocal的set方法：

public void set(T value) {
  set(Thread.currentThread(), value);   // (1)
  if (TRACE_VTHREAD_LOCALS) {
    dumpStackIfVirtualThread();
  }
}

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

從代碼(1)可以看到，調(diào)用ThreadLocald的set方法會(huì)向當(dāng)前線程的threadLocals變量里設(shè)置傳遞的值value，key為ThreadLocal實(shí)例的引用，和get方法一樣，如果當(dāng)前線程的threadLocals變量為null，則會(huì)創(chuàng)建一個(gè)ThreadLocalMap變量并把value設(shè)置為初始值。

總結(jié)：在每個(gè)線程內(nèi)部都有一個(gè)threadLocals變量，該變量類型為ThreadLocal.ThreadLocalMap，其中key為我們定義的ThreadLocal變量的this引用，value則為我們使用set方法設(shè)置的值。每個(gè)線程的本地變量存放在線程自己的內(nèi)存變量threadLocals中。

如果線程不銷毀，那么對(duì)應(yīng)的本地變量就會(huì)一直存在，所以可能存在內(nèi)存溢出，因此使用完畢之后要記得調(diào)用ThreadLocal的remove方法刪除對(duì)應(yīng)線程的threadLocals變量里的值。

注意：ThreadLocal不具備繼承性，也就是說子線程并不能訪問父線程的ThreadLocal變量。

到此這篇關(guān)于Java中ThreadLocal共享變量的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ThreadLocal共享變量內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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