Java之ThreadLocal使用常見和方式案例講解

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【面試高頻】- ThreadLocal的使用場景以及使用方式是怎麼樣的

1 兩大使用場景-ThreadLocal的用途

  • 典型場景1：每個線程需要一個獨享的對象（通常是工具類，典型需要使用的類有SimpleDateFormat和Random）
  • 典型場景2：每個線程內需要保存全局變量（例如在攔截器中獲取用戶信息），可以讓不同方法直接使用，避免參數傳遞的麻煩。

2 典型場景1：每個線程需要一個獨享的對象

每個Thread內有自己的實例副本，不共享；

舉例：SimpleDateFormat。（當多個線程共用這樣一個SimpleDateFormat，但是這個類是不安全的）

  • 2個線程分別用自己的SimpleDateFormat，這沒問題；
  • 後來延伸出10個，那就有10個線程和10個SimpleDateFormat，這雖然寫法不優雅，但勉強可以接受
  • 但是當需求變成瞭1000，那麼必然要用線程池，消耗內存太多；
  • 但是每一個SimpleDateFormat我們都需要創建一遍，那麼太耗費new對象瞭，改成static共用的，所有線程都共用一個simpleDateFormat對象，但這是線程不安全的，容易出現時間一致的情況，在調用的時候，可加鎖來解決，但還是不優雅；
  • 用ThreadLocal來解決該問題，給每個線程分配一個simpledateformat，可這個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，給每個線程分配自己的dateFormat對象，保證瞭線程安全，高效利用內存
 */
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) {
        //參數的單位是毫秒，從1970.1.1 00:00:00 GMT計時
        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 典型場景2：當前用戶信息需要被線程內所有方法共享

  • 一個比較繁瑣的解決方案是把user作為參數層層傳遞，從service-1()傳到service-2(),以此類推，但是這樣做會導致代碼冗餘且不易維護。
  • 進階點就是userMap來保存，但是當多線程同時工作時，需要保證線程安全，需要用synchronized，或者concurrenthashmap，但無論用什麼，都會對性能有所影響

每個線程內需要保存全局變量，可以讓不同方法直接使用，避免參數傳遞的麻煩

  • 用ThreadLocal保存一些業務內存（用戶權限信息，從用戶系統獲取到的用戶名、userId等）
  • 這些信息在同一個線程內相同，但是不同的線程使用的業務內容是不相同的
  • 在線程生命周期內，都通過這個靜態ThreadLocal實例的get()方法取得自己set過的那個對象，避免瞭將這個對象作為參數傳遞的麻煩
package threadlocal;

/**
 * 描述：     演示ThreadLocal用法2：避免傳遞參數的麻煩
 */
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拿到用戶名：" + user.name);
        new Service3().process();
    }
}

class Service3 {

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

註意點：

  • 強調的是同一個請求內(同一個線程內)不同方法見的共享；
  • 不需重寫initialValue()方法，但是必須手動調用set()方法

4 ThreadLocal方法使用總結

場景一：initialValue

在ThreadLocal第一次get的時候把對象給初始化出來，對象的初始化時機可以由我們控制。

場景二：set

如果需要保存到ThreadLocal裡面的對象的生成時機不由我們隨意控制。例如攔截器生成的用戶信息，用ThreadLocal.set直接放到ThreadLocal當中。

5 ThreadLocal原理

理清Thread，ThreadLocalMap以及ThreadLocal

在這裡插入圖片描述

主要方法介紹

  • T initialValue(): 初始化
  • void set(T t): 為這個線程設置一新值
  • T get(): 得到這個線程對應的value。如果是首次調用get()。則會調用initialize來得到這個值
  • void remove(): 刪除這個線程得到的值

ThreadLocalMap發生沖突之後，會用線性探測法。

6 ThreadLocal使用問題內存泄露

什麼是內存泄露：某個對象不再有用，但是占用的內存卻不能被回收。

Value的泄露

  • 在ThreadLocalMap中的每個Entry都是一個對key的弱引用，同時，每個Entry都包含瞭一個對value的強引用。
  • 正常情況 ，當線程終止，保存在ThreadLocal裡的value會被垃圾回收，因為沒有任何強引用瞭。
  • 但是，如果線程不終止（比如線程池需要保持很久），那麼key對應的value就不能被回收。Thread->ThreadLocalMap->Entry(key為Null)->Value
  • 因為value和Thread之間還存在這個強引用鏈路，所以導致value無法回收，就可能出現OOM；JDK已經考慮到這個問題，所以在set,remove,rehash方法中會掃描key為null，會把value也設置為null，這樣value對象就可以被回收瞭。
  • 但是如果一個ThreadLocal不被使用，那麼實際上set,remove,rehash方法也不會被調用，如果同時線程又不停止，那麼調用鏈就一直存在，那麼就導致瞭value的內存泄露。

如何避免內存泄露呢？

  • 調用remove方法，就會刪除對應的Entry對象，可以避免內存泄露，所以使用完ThreadLocal之後，應該調用remove方法。

7 實際應用場景-在spring中的實例分析

  • DateTimeContextHolder：用到瞭ThreadLocal
  • RequestContextHolder：用到瞭ThreadLocal

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