ThreadLocal实现原理详细分析

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2023-06-26 08:30 5阅读 0赞

# 线程安全问题 #

**我们都知道程序中如果有多个线程对一个共享资源进行了‘写’操作，那么就会出现线程安全问题**

# 问题怎么产生的 #

**线程安全问题是怎么产生的呢？**

> 是因为对共享资源的操作不是原子性的，什么是原子性？  
> 即：一组操作要么都成功，要么都失败，不存在只成功一部分

**`注：以下对ThreadLocalMap对象简称为map,实际ThreadLocalMap和Map接口并没有关系，感兴趣的可以了解一下`**

## ThreadLocal介绍 ##

> ThreadLocal是用来干嘛的？  
> ThreadLocal是用来保存线程的局部变量的，每一个线程都有自己的局部变量，而且这个变量只能由当前线程访问到，别的线程是访问不到这个变量的

**下面来看一下一个保存用户Session的使用场景**

//创建ThreadLocal对象
    private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();
    
        public static Session getSession() Exception { 
        	// 获取Session
            Session s = (Session) threadSession.get();
            // 如果Session为空则获取Session后再保存到threadSession中
            if (s == null) { 
                 s = getSessionFactory().openSession();
                 threadSession.set(s);
             }
            
            return s;
        }

上面这个例子我相信都能看懂，但是ThreadLocal底层是怎么做的呢？  
他怎么能保证当前线程不会取到别的线程的值呢？

我们先来看一下ThreadLocal中的 public T get() 方法

public T get() { 
        	//获取当前线程
            Thread t = Thread.currentThread();
            //获取保存值的变量，（后面会详细介绍）
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            //如果这个Map不为null则获取到这个里面的值并且返回
            if (map != null) { 
                ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
                if (e != null) { 
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    T result = (T)e.value;
                    return result;
                }
            }
            //为null则初始化这个Map并且返回初始值
            return setInitialValue();
        }

下面来看下private T setInitialValue() 这个方法

private T setInitialValue() { 
        	//获取初始值
            T value = initialValue();
            //获取当前线程
            Thread t = Thread.currentThread();
            //获取当前线程中的这个Map
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            //Map不为Null则将Map中添加一个初始值
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
            	//为null则创建这个Map
                createMap(t, value);
            
            //最后返回这个初始值
            return value;
        }

我们来看看 protected T initialValue() 这个方法返回的初始值是什么

protected T initialValue() { 
            return null;
        }

初始值就是一个null

### 总结一下上面说的 ###

> 当我们调用 ThreadLocal的get()方法的时候会先获取到当前线程中的一个ThreadLocalMap对象如果这个对象为null的话则初始化这个ThreadLocalMap这个对象否则就获取这个ThreadLocalMap中的值并返回  
> 而且我们可以看到保存值的对象实际上是一个k-v结构的，那么我们的 k 其实就是ThreadLocal这个对象，如果不明白我们接着分析

我们来看一下get()方法中的这一行，这getMap(t) 到底做了什么，以及这个  
ThreadLocalMap是保存在哪里的

//获取当前线程
            Thread t = Thread.currentThread();
     		//获取保存值的变量
            ThreadLocalMap map = getMap(t);

ThreadLocalMap getMap(Thread t) 方法

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

就一行代码，其实这个ThreadLocalMap就保存在Thread这个类  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1Z2UxMTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70]

> 到这里我们应该能明白，其实每个线程都有一个独立的ThreadLocalMap这个对象来保存值，接着说 public void set(T value) 这个方法

public void set(T value) { 
    		// 获取当前线程对象
            Thread t = Thread.currentThread();
            // 从这个线程对象中获取到ThreadLocalMap这个对象
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            // 如果ThreadLocalMap不为null则直接保存到这个对象里
            // 如果为null 创建这个ThreadLocalMap 并把值添加到这个
            // ThreadLocalMap 中
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
        }

# 注意 #

> ThreadLocalMap的key是当前ThreadLocal这个对象，而ThreadLocalMap 保存在Thread类中，每个线程都有一个自己的ThreadLocalMap对象，需要值得注意的是，每个线程只能在这个线程中保存一个值，因为key是ThreadLocal这个对象，而key是不能重复的，所以每个线程只能保存一个值，而且ThreadLocal也存在内存泄漏  
> 因为每个key是ThreadLocal的弱引用，弱引用的特点是如果这个对象只存在弱引用，那么在下次垃圾回收时一定会被清除  
> 如果外部没有对key存在强引用的情况下，可以就会被清除，但是value是强引用，不会被清除，这样一来，就会存在key为null的情况  
> ThreadLocalMap中考虑到了这种情况，当我们调用set() get() remove() 其中任意一个时就会清除key为null的记录，也就是说 当我们对ThreadLocalMap中的key没有强引用时并且key已经被回收了，并且我们后续的代码中 没有调用 get() set() remove() 方法中的任意一个，就会存在内存泄漏。所以当我们使用完ThreadLocalMap中的值之后，应该手动调用remove()方法删除。

# 总结 #

> 当我们程序中每个线程需要一个自己的局部变量时就可以使用ThreadLocal，每个线程中都一个属性保存ThreadLocalMap这个对象，这个对象是用来保存当前线程的值的，所以ThreadLocal就能保证，当前线程保存进去的值和当前线程取出的值是一样的。而且使用是应该手动调用remove()方法避免内存泄漏

上面说的就是ThreadLoca的原理，肯定有说的不对或者不好的地方欢迎指正

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