Java面试知识点（八十七）Java中的ThreadLocal

一、定义

ThreadLocal 是线程的局部变量，是每一个线程所单独持有的，其他线程不能对其进行访问，通常是类中的 private static 字段，是对该字段初始值的一个拷贝，它们希望将状态与某一个线程（例如，用户 ID 或事务 ID）相关联
Synchronized 用于线程间的数据共享，而 ThreadLocal 则用于线程间的数据隔离。
当使用 ThreadLocal 维护变量的时候为每一个使用该变量的线程提供一个独立的变量副本，即每个线程内部都会有一个该变量，这样同时多个线程访问该变量并不会彼此相互影响，因此他们使用的都是自己从内存中拷贝过来的变量的副本，这样就不存在线程安全问题，也不会影响程序的执行性能。
ThreadLocal 是线程 Thread中属性 threadLocals 的管理者。
但是要注意，虽然 ThreadLocal 能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用 ThreadLocal 要大。

二、原理和方法

1.ThreadLocal 方法

ThreadLocal 可以存储任何类型的变量对象， get 返回的是一个 Object 对象，但是我们可以通过泛型来制定存储对象的类型。

public T get() { } // 用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本
public void set(T value) { } //set()用来设置当前线程中变量的副本
public void remove() { } //remove()用来移除当前线程中变量的副本
protected T initialValue() { } //initialValue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，该方法返回该线程局部变量的初始值。

2.使用过程

Thread 在内部是通过 ThreadLocalMap 来维护 ThreadLocal 变量表，在 Thread 类中有一个 threadLocals 变量，是 ThreadLocalMap 类型的，它就是为每一个线程来存储自身的 ThreadLocal 变量的， ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 类的一个内部类，这个 Map 里面的最小的存储单位是一个 Entry， 它使用 ThreadLocal 作为 key，变量作为 value，这是因为在每一个线程里面，可能存在着多个 ThreadLocal 变量

3.原理

ThreadLocal，连接 ThreadLocalMap 和 Thread。来处理 Thread 的 TheadLocalMap 属性，包括 init 初始化属性赋值、get 对应的变量，set 设置变量等。通过当前线程，获取线程上的 ThreadLocalMap 属性，对数据进行 get、set 等操作。
ThreadLocalMap，用来存储数据，采用类似 hashmap 机制，存储了以 threadLocal 为 key，需要隔离的数据为 value 的 Entry 键值对数组结构。
ThreadLocal，有个 ThreadLocalMap 类型的属性，存储的数据就放在这儿。

4.举例

在这里插入图片描述

每个人都一张银行卡
每个人每张卡都有一定的余额。
每个人获取银行卡余额都必须通过该银行的管理系统。
每个人都只能获取自己卡持有的余额信息，他人的不可访问。

在这里插入图片描述
映射到我们要说的 ThreadLocal

card 类似于 Thread
card 余额属性，卡号属性等类似于 Treadlocal 内部属性集合 threadLocals
cardManager 类似于 ThreadLocal 管理类

三、线程隔离

核心就是ThreadLocalMap类。

threadLocalMap 是 ThreadLocal 类的一个静态内部类，它实现了键值对的设置和获取（对比 Map 对象来理解），每个线程中都有一个独立的 ThreadLocalMap 副本，它所存储的值，只能被当前线程读取和修改。ThreadLocal 类通过操作每一个线程特有的 ThreadLocalMap 副本，从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的，完全不会有并发错误。还有一点就是，ThreadLocalMap 存储的键值对中的键是 this 对象指向的 ThreadLocal 对象，而值就是你所设置的对象了。

四、与同步机制的比较

Synchronized 用于线程间的数据共享，而 ThreadLocal 则用于线程间的数据隔离。
在同步机制中，通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的，使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。
ThreadLocal 则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal 会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。因为每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal 提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进 ThreadLocal。
概括起来说，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了 “以时间换空间” 的方式，而 ThreadLocal 采用了 “以空间换时间” 的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。

五、应用

1.代码示例

package test.threads.threadlocal;

public class ThreadLocalTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();

        test.set();
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
        // 在这里新建了一个线程
        Thread thread1 = new Thread() {
            public void run() {
                /**
                 * 当这里调用了set方法，进一步调用了ThreadLocal的set方法是，
                 * 会将ThreadLocal变量存储到该线程的ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals中，
                 * 注意的是这个threadLocals变量是Thread线程的一个变量，而不是ThreadLocal类的变量。
                 * */
                test.set();
                System.out.println(test.getLong());
                System.out.println(test.getString());
            };
        };
        thread1.start();
        thread1.join();

        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
    }

    ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
    ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();

    /**
     * 这里是获取当前的线程，并把变量存到当前线程的threadlocals中
     * */
    public void set() {
        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
    }

    public long getLong() {
        return longLocal.get();
    }

    public String getString() {
        return stringLocal.get();
    }

}

运行结果：

1
main
12
Thread-0
1
main

2.应用场景

最常见的 ThreadLocal 使用场景为
用来解决 数据库连接、 Session 管理等

温柔的谢世杰

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