Java之ThreadLocal使用常见和方式案例讲解

目录

• 1 两大使用场景-ThreadLocal的用途
• 2 典型场景1：每个线程需要一个独享的对象
• 3 典型场景2：当前用户信息需要被线程内所有方法共享
• 4 ThreadLocal方法使用总结
• 5 ThreadLocal原理
• 6 ThreadLocal使用问题内存泄露
• 7 实际应用场景-在spring中的实例分析

【面试高频】- ThreadLocal的使用场景以及使用方式是怎么样的

1 两大使用场景-ThreadLocal的用途

• 典型场景1：每个线程需要一个独享的对象（通常是工具类，典型需要使用的类有SimpleDateFormat和Random）
• 典型场景2：每个线程内需要保存全局变量（例如在拦截器中获取用户信息），可以让不同方法直接使用，避免参数传递的麻烦。

2 典型场景1：每个线程需要一个独享的对象

每个Thread内有自己的实例副本，不共享；

举例：SimpleDateFormat。（当多个线程共用这样一个SimpleDateFormat，但是这个类是不安全的）

• 2个线程分别用自己的SimpleDateFormat，这没问题；
• 后来延伸出10个，那就有10个线程和10个SimpleDateFormat，这虽然写法不优雅，但勉强可以接受
• 但是当需求变成了1000，那么必然要用线程池，消耗内存太多；
• 但是每一个SimpleDateFormat我们都需要创建一遍，那么太耗费new对象了，改成static共用的，所有线程都共用一个simpleDateFormat对象，但这是线程不安全的，容易出现时间一致的情况，在调用的时候，可加锁来解决，但还是不优雅；
• 用ThreadLocal来解决该问题，给每个线程分配一个simpledateformat，可这个threadlocal是安全的；

package threadlocal;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 描述：     利用ThreadLocal，给每个线程分配自己的dateFormat对象，保证了线程安全，高效利用内存
 */
public class ThreadLocalNormalUsage05 {

    public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int finalI = i;
            threadPool.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    String date = new ThreadLocalNormalUsage05().date(finalI);
                    System.out.println(date);
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();
    }

    public String date(int seconds) {
        //参数的单位是毫秒，从1970.1.1 00:00:00 GMT计时
        Date date = new Date(1000 * seconds);
//        SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        SimpleDateFormat dateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal2.get();
        return dateFormat.format(date);
    }
}

class ThreadSafeFormatter {

    public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {
        @Override
        protected SimpleDateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        }
    };

    public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal2 = ThreadLocal
            .withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
}

3 典型场景2：当前用户信息需要被线程内所有方法共享

• 一个比较繁琐的解决方案是把user作为参数层层传递，从service-1()传到service-2(),以此类推，但是这样做会导致代码冗余且不易维护。
• 进阶点就是userMap来保存，但是当多线程同时工作时，需要保证线程安全，需要用synchronized，或者concurrenthashmap，但无论用什么，都会对性能有所影响

每个线程内需要保存全局变量，可以让不同方法直接使用，避免参数传递的麻烦

• 用ThreadLocal保存一些业务内存（用户权限信息，从用户系统获取到的用户名、userId等）
• 这些信息在同一个线程内相同，但是不同的线程使用的业务内容是不相同的
• 在线程生命周期内，都通过这个静态ThreadLocal实例的get()方法取得自己set过的那个对象，避免了将这个对象作为参数传递的麻烦

package threadlocal;

/**
 * 描述：     演示ThreadLocal用法2：避免传递参数的麻烦
 */
public class ThreadLocalNormalUsage06 {

    public static void main(String[] args) {
        new Service1().process("");

    }
}

class Service1 {

    public void process(String name) {
        User user = new User("超哥");
        UserContextHolder.holder.set(user);
        new Service2().process();
    }
}

class Service2 {

    public void process() {
        User user = UserContextHolder.holder.get();
        ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();
        System.out.println("Service2拿到用户名：" + user.name);
        new Service3().process();
    }
}

class Service3 {

    public void process() {
        User user = UserContextHolder.holder.get();
        System.out.println("Service3拿到用户名：" + user.name);
        UserContextHolder.holder.remove();
    }
}

class UserContextHolder {

    public static ThreadLocal<User> holder = new ThreadLocal<>();

}

class User {

    String name;

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }
}

注意点：

• 强调的是同一个请求内(同一个线程内)不同方法见的共享；
• 不需重写initialValue()方法，但是必须手动调用set()方法

4 ThreadLocal方法使用总结

场景一：initialValue

在ThreadLocal第一次get的时候把对象给初始化出来，对象的初始化时机可以由我们控制。

场景二：set

如果需要保存到ThreadLocal里面的对象的生成时机不由我们随意控制。例如拦截器生成的用户信息，用ThreadLocal.set直接放到ThreadLocal当中。

5 ThreadLocal原理

理清Thread，ThreadLocalMap以及ThreadLocal

主要方法介绍

• T initialValue(): 初始化
• void set(T t): 为这个线程设置一新值
• T get(): 得到这个线程对应的value。如果是首次调用get()。则会调用initialize来得到这个值
• void remove(): 删除这个线程得到的值

ThreadLocalMap发生冲突之后，会用线性探测法。

6 ThreadLocal使用问题内存泄露

什么是内存泄露：某个对象不再有用，但是占用的内存却不能被回收。

Value的泄露

• 在ThreadLocalMap中的每个Entry都是一个对key的弱引用，同时，每个Entry都包含了一个对value的强引用。
• 正常情况 ，当线程终止，保存在ThreadLocal里的value会被垃圾回收，因为没有任何强引用了。
• 但是，如果线程不终止（比如线程池需要保持很久），那么key对应的value就不能被回收。Thread->ThreadLocalMap->Entry(key为Null)->Value
• 因为value和Thread之间还存在这个强引用链路，所以导致value无法回收，就可能出现OOM；JDK已经考虑到这个问题，所以在set,remove,rehash方法中会扫描key为null，会把value也设置为null，这样value对象就可以被回收了。
• 但是如果一个ThreadLocal不被使用，那么实际上set,remove,rehash方法也不会被调用，如果同时线程又不停止，那么调用链就一直存在，那么就导致了value的内存泄露。

如何避免内存泄露呢？

• 调用remove方法，就会删除对应的Entry对象，可以避免内存泄露，所以使用完ThreadLocal之后，应该调用remove方法。

7 实际应用场景-在spring中的实例分析

• DateTimeContextHolder：用到了ThreadLocal
• RequestContextHolder：用到了ThreadLocal

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