【和八股文說再見】詳解Java中ThreadLocal使用方法

2024-07-15碼農

大家好！我是老碼農。

後面跟大家陸續分享作為一個後端應該掌握的各種技能。

文章內容： 原理+詳細範例說明，便於理解。

好啦！廢話不多說，開始分享。

詳解Java中ThreadLocal使用方法

ThreadLocal 是 Java 中的一個類，它提供了執行緒局部變量的支持。簡單來說，ThreadLocal 允許你建立的變量在每個執行緒中都有其獨立的副本，各個執行緒之間互不影響，這樣每個執行緒都可以獨立地改變自己的副本，而不會影響其他執行緒的副本。

ThreadLocal 的工作原理

每個執行緒持有一個 ThreadLocalMap：

每個執行緒內部都有一個私有的 ThreadLocalMap，它是一個 Entry 陣列，用於儲存 ThreadLocal 物件及其對應的值。ThreadLocalMap 並不是直接使用陣列，而是使用了類似開放尋址法的線性探測法來處理哈希沖突。

ThreadLocal 物件作為鍵：

ThreadLocal 是一個泛型類，用作執行緒局部變量的鍵。每個 ThreadLocal 例項在不同的執行緒中可以對應不同的值。

獲取和設定值的過程：

當呼叫 ThreadLocal 的 get() 方法時，實際上是透過當前執行緒的 ThreadLocalMap 獲取當前 ThreadLocal 物件的值。

當呼叫 ThreadLocal 的 set(value) 方法時，實際上是透過當前執行緒的 ThreadLocalMap 將當前 ThreadLocal 物件與指定的值關聯起來。

ThreadLocalMap 使用 ThreadLocal 的弱參照作為鍵，這樣即使 ThreadLocal 物件被回收，也不會導致記憶體泄漏，但是如果 ThreadLocal 沒有被及時回收，仍然會導致記憶體泄漏。

記憶體泄漏問題：

如果使用 ThreadLocal 的執行緒長時間存在，並且沒有手動呼叫 remove() 方法刪除 ThreadLocal 物件，那麽當前執行緒持有的 ThreadLocalMap 中的 Entry 物件可能會長時間存在，從而導致記憶體泄漏。

ThreadLocal 的實作方式：

ThreadLocal 是透過繼承 ThreadLocal 類並重寫 initialValue() 方法或者透過匿名內部類的方式建立，來定義每個執行緒獨立的變量。每個 ThreadLocal 物件實際上是在當前執行緒的 ThreadLocalMap 中儲存的一個 Entry 物件。

使用場景

執行緒安全的物件封裝： 當某個物件需要在多個方法中使用，但每個方法需要獨立維護物件的副本時，可以使用 ThreadLocal 來封裝這個物件，每個執行緒擁有自己獨立的物件副本，避免了執行緒安全問題。

避免傳遞參數： 在一些復雜的方法呼叫鏈中，如果需要傳遞大量的參數，可以使用 ThreadLocal 將這些參數封裝起來，避免手動傳遞。

資料庫連線管理： 典型的套用是在使用資料庫連線池時，透過 ThreadLocal 來管理資料庫連線，確保每個執行緒使用自己的資料庫連線，避免多執行緒並行存取時的數據混亂問題。

總結來說，ThreadLocal 是一種實作執行緒局部變量的機制，透過在每個執行緒內部維護一個獨立的變量副本，可以實作多執行緒並行存取時的執行緒安全。

當使用 ThreadLocal 時，通常會定義一個靜態的 ThreadLocal 變量，並透過其 initialValue() 方法或者在需要時設定初始值。讓我們透過一個簡單的範例來說明如何使用 ThreadLocal，並理解其工作原理。

假設我們有一個需求：在多個執行緒中，每個執行緒需要獨立地保存一個計數器，並且能夠在每次呼叫時增加這個計數器的值。

範例程式碼

首先，我們定義一個 ThreadLocal 變量 counter ，並重寫其 initialValue() 方法來設定初始值：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public classThreadLocalExample{ // 定義一個 ThreadLocal 變量 privatestatic ThreadLocal<AtomicInteger> counter = ThreadLocal.withInitial(() -> new AtomicInteger(0)); // 定義一個方法，每次呼叫增加計數器的值 publicstaticvoidincrementCounter(){ // 獲取當前執行緒的計數器物件 AtomicInteger currentValue = counter.get(); // 對計數器值加一 currentValue.incrementAndGet(); } // 定義一個方法，獲取當前執行緒的計數器值 publicstaticintgetCounter(){ return counter.get().get(); } // 主函式，演示多執行緒環境下的使用 publicstaticvoidmain(String[] args)throws InterruptedException { // 建立多個執行緒來呼叫 incrementCounter 方法 Thread[] threads = new Thread[5]; for (int i = 0; i < threads.length; i++) { threads[i] = new Thread(() -> { for (int j = 0; j < 10; j++) { incrementCounter(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Counter = " + getCounter()); } }); threads[i].start(); } // 等待所有執行緒執行完成 for (Thread thread : threads) { thread.join(); } } }

範例解釋

定義 ThreadLocal 變量：

我們定義了一個 counter 變量，它是一個 ThreadLocal<AtomicInteger> 。這意味著每個執行緒都可以透過 counter.get() 方法獲取到屬於自己的 AtomicInteger 物件，而不會影響其他執行緒的計數器。

初始化設定：

使用 ThreadLocal.withInitial(() -> new AtomicInteger(0)) ，我們定義了 counter 的初始值為 new AtomicInteger(0) 。這意味著每個執行緒第一次呼叫 get() 方法時，會為該執行緒建立一個新的 AtomicInteger 物件。

增加計數器值：

incrementCounter() 方法透過 counter.get() 獲取當前執行緒的計數器物件，然後對其進行遞增操作。

多執行緒使用：

在 main 方法中，我們建立了5個執行緒來並行地呼叫 incrementCounter() 方法，每個執行緒執行10次。每次執行時，打印出當前執行緒的名稱和計數器的值，以驗證每個執行緒的計數器都是獨立增加的。

結果輸出：

透過觀察輸出結果，可以看到每個執行緒都有自己獨立的計數器，並且能夠獨立地進行增加操作，而不會影響其他執行緒的計數器值。