Java多线程（4）：ThreadLocal

您好，我是湘王，这是我的51CTO博客，欢迎您来，欢迎您再来～

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为了提高CPU的利用率，工程师们创造了多线程。但是线程们说：要有光！（为了减少线程创建（T1启动）和销毁（T3切换）的时间），于是工程师们又接着创造了线程池ThreadPool。就这样就可以了吗？——不，工程师们并不满足于此，他们不把自己创造出来的线程给扒个底朝天决不罢手。

有了线程关键字解决线程安全问题，有了线程池解决效率问题，那还有什么问题是可以需要被解决的呢？——还真被这帮疯子攻城狮给找到了！

当多个线程共享同一个资源的时候，为了保证线程安全，有时不得不给资源加锁，例如使用Synchronized关键字实现同步锁。这本质上其实是一种时间换空间的搞法——用单一资源让不同的线程依次访问，从而实现内容安全可控。就像这样：

但是，可以不可以反过来，将资源拷贝成多份副本的形式来同时访问，达到一种空间换时间的效果呢？当然可以，就像这样：

而这，就是ThreadLocal最核心的思想。

但这种方式在很多应用级开发的场景中用得真心不多，而且有些公司还禁止使用ThreadLocal，因为它搞不好还会带来一些负面影响。

其实，从拷贝若干副本这种功能来看，ThreadLocal是实现了在线程内部存储数据的能力的，而且相互之间还能通信。就像这样：

还是以代码的形式来解读一下ThreadLocal。有一个资源类Resource：

/**
 * 资源类
 *
 * @author 湘王
 */
public class Resource {
  private String name;
  private String value;

  public Resource(String name, String value) {
    super();
    this.name = name;
    this.value = value;
  }

  public String getName() {
    return name;
  }

  public void setName(String name) {
    this.name = name;
  }

  public String getValue() {
    return value;
  }

  public void setValue(String value) {
    this.value = value;
  }
}

分别有ResuorceUtils1、ResuorceUtils2和ResuorceUtils3分别以不同的方式来连接资源，那么看看效率如何。

/**
 * 连接资源工具类，通过静态方式获得连接
 *
 * @author 湘王
 */
public class ResourceUtils1 {
  // 定义一个静态连接资源
  private static Resource resource = null;
  // 获取连接资源
  public static Resource getResource() {
    if(resource == null) {
      resource = new Resource("xiangwang", "123456");
    }
    return resource;
  }

  // 关闭连接资源
  public static void closeResource() {
    if(resource != null) {
      resource = null;
    }
  }
}



/**
 * 连接资源工具类，通过实例化方式获得连接
 *
 * @author 湘王
 */
public class ResourceUtils2 {
  // 定义一个连接资源
  private Resource resource = null;
  // 获取连接资源
  public Resource getResource() {
    if(resource == null) {
      resource = new Resource("xiangwang", "123456");
    }
    return resource;
  }

  // 关闭连接资源
  public void closeResource() {
    if(resource != null) {
      resource = null;
    }
  }
}



/**
 * 连接资源工具类，通过线程中的static Connection的副本方式获得连接
 *
 * @author 湘王
 */
public class ResourceUtils3 {
  // 定义一个静态连接资源
  private static Resource resource = null;
  private static ThreadLocal<Resource> resourceContainer = new ThreadLocal<Resource>();
  // 获取连接资源
  public static Resource getResource() {
    synchronized(ResourceManager.class) {
      resource = resourceContainer.get();
      if(resource == null) {
        resource = new Resource("xiangwang", "123456");
        resourceContainer.set(resource);
      }
      return resource;
    }
  }

  // 关闭连接资源
  public static void closeResource() {
    if(resource != null) {
      resource = null;
      resourceContainer.remove();
    }
  }
}



/**
 * 连接资源管理类
 *
 * @author 湘王
 */
public class ResourceManager {
  public void insert() {
    // 获取连接
    // System.out.println("Dao.insert()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource());
    // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource();
    Resource resource = ResourceUtils3.getResource();
    System.out.println("Dao.insert()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource);
  }

  public void delete() {
    // 获取连接
    // System.out.println("Dao.delete()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource());
    // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource();
    Resource resource = ResourceUtils3.getResource();
    System.out.println("Dao.delete()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource);
  }

  public void update() {
    // 获取连接
    // System.out.println("Dao.update()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource());
    // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource();
    Resource resource = ResourceUtils3.getResource();
    System.out.println("Dao.update()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource);
  }

  public void select() {
    // 获取连接
    // System.out.println("Dao.select()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource());
    // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource();
    Resource resource = ResourceUtils3.getResource();
    System.out.println("Dao.select()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource);
  }

  public void close() {
    ResourceUtils3.closeResource();
  }

  public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
      new Thread(new Runnable() {
        ResourceManager rm = new ResourceManager();
        @Override
        public void run() {
          rm.insert();
          rm.delete();
          rm.update();
          rm.select();
          rm.close();
        }
      }).start();
    }
  }
}

执行ResourceManager类中的main()方法后，可以清楚地看到：

第一种静态方式：大部分资源都能复用，但毫无规律；

第二种实例方式：即使是同一个线程，资源实例也不一样；

第三种ThreadLocal静态方式：相同的线程有相同的实例。

结论是：ThreadLocal实现了线程的资源复用。

也可以通过画图的方式来看清楚三者之间的不同：

这是静态方式下的资源管理：

这是实例方式下的资源管理：

这是ThreadLocal静态方式下的资源管理：

理解了之后，再来看一个数据传递的例子，也就是ThreadLocal实现线程间通信的例子：

/**
 * 数据传递
 *
 * @author 湘王
 */
public class DataDeliver {
  static class Data1 {
    public void process() {
      Resource resource = new Resource("xiangwang", "123456");
      //将对象存储到ThreadLocal
      ResourceContextHolder.holder.set(resource);
      new Data2().process();
    }
  }

  static class Data2 {
    public void process() {
      Resource resource = ResourceContextHolder.holder.get();
      System.out.println("Data2拿到数据: " + resource.getName());
      new Data3().process();
    }
  }

  static class Data3 {
    public void process() {
      Resource resource = ResourceContextHolder.holder.get();
      System.out.println("Data3拿到数据: " + resource.getName());
    }
  }

  static class ResourceContextHolder {
    public static ThreadLocal<Resource> holder = new ThreadLocal<>();
  }

  public static void main(String[] args) {
    new Data1().process();
  }
}

运行代码之后，可以看到Data1的数据都被Data2和Data3拿到了，就像这样：

ThreadLocal在实际应用级开发中较少使用，因为容易造成OOM：

1、由于ThreadLocal是一个弱引用（WeakReference<ThreadLocal<?>>），因此会很容易被GC回收；

2、但ThreadLocalMap的生命周期和Thread相同，这就会造成当key=null时，value却还存在，造成内存泄漏。所以，使用完ThreadLocal后需要显式调用remove操作（但很多码农不知道这一点）。

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