【Java后端】之 ThreadLocal 详解

2024-10-21 22:17:33

想象一下，你有一个工具箱，里面放着各种工具。在多人共用这个工具箱的时候，很容易出现混乱，比如有人拿走了你的锤子，或者你找不到合适的螺丝刀。为了避免这种情况，最好的办法就是每个人都有自己独立的工具箱。

Java 的 ThreadLocal 就相当于给每个线程提供了一个这样的“私有小盒子”。每个线程都可以把自己的东西放进去，不用担心被其他线程干扰。

1. 为什么要用 ThreadLocal？

在多线程编程中，经常会遇到多个线程同时访问共享变量的情况。如果没有做好同步控制，就可能会出现数据不一致的问题，也就是所谓的“线程安全问题”。

ThreadLocal 提供了一种解决线程安全问题的方法，它让每个线程都拥有自己的变量副本，避免了共享变量的竞争。

2. ThreadLocal 怎么工作的？

ThreadLocal 并不是真的给每个线程创建了一个独立的变量，而是通过一个巧妙的设计来实现的。

每个线程内部都有一个 ThreadLocalMap，可以把它看作是一个键值对的集合。ThreadLocal 对象本身作为键，而线程的私有变量作为值。

当线程调用 ThreadLocal.get() 方法时，ThreadLocal 会根据当前线程找到对应的 ThreadLocalMap，然后根据自身作为键取出对应的值。这样就实现了每个线程访问自己私有变量的目的。

3. 如何使用 ThreadLocal？

使用 ThreadLocal 非常简单，通常分为三步：

创建 ThreadLocal 对象： 就像创建一个普通的对象一样，例如 ThreadLocal<String> userName = new ThreadLocal<>();，这里 String 表示私有变量的类型。
设置值： 使用 userName.set("张三"); 方法，把“张三”这个字符串放到当前线程的“小盒子”里。
获取值： 使用 String name = userName.get(); 方法，从当前线程的“小盒子”里取出值。

ThreadLocal 的常用方法：

public API	描述
set(T)	设置当前线程的副本
T get()	获取当前线程的副本
void remove()	移除当前线程的副本
ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<S>)	创建 ThreadLocal 并指定缺省值创建工厂
protected API	描述
T initialValue()	设置缺省值

4. 举个栗子

假设一个 Web 应用，每个用户请求都会由一个独立的线程处理。我们可以使用 ThreadLocal 来存储用户的登录信息：

private static final ThreadLocal<String> USER_ID = new ThreadLocal<>();

public void processRequest(String userId) {
    USER_ID.set(userId); // 将用户 ID 存储到 ThreadLocal 中

    // ... 处理请求 ...

    String currentUserId = USER_ID.get(); // 获取当前线程的用户 ID
    // ...
    USER_ID.remove(); // 使用完毕后清除值
}

5. 内存泄漏的坑

ThreadLocal 使用不当可能会导致内存泄漏。这是因为 ThreadLocalMap 中的键是弱引用，而值是强引用。如果 ThreadLocal 对象被垃圾回收了，但是线程还在运行，那么 ThreadLocalMap 中的值就无法被回收，导致内存泄漏。

为了避免这种情况，最好在使用完 ThreadLocal 后手动调用 remove() 方法清除值，就像上面的例子一样。

6. InheritableThreadLocal：子线程也能继承“小盒子”

InheritableThreadLocal 可以让子线程继承父线程的“小盒子”。也就是说，子线程可以访问父线程设置的线程局部变量。

7. 总结

ThreadLocal 就像给每个线程提供了一个私有的“小盒子”，可以用来存储线程私有的数据，避免线程安全问题。使用起来很简单，但是要注意内存泄漏的坑，记得用完后调用 remove() 方法清理。选择使用 ThreadLocal 还是其他同步机制，需要根据具体情况进行权衡。如果只是简单的共享数据，同步机制可能更简单直接。如果需要维护每个线程独立的数据副本，ThreadLocal 则是更好的选择。

希望这个更通俗易懂的解释能够帮助你理解 ThreadLocal。下期见，谢谢~

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