ThreadLocal底层原理及数据结构详解

devtools/2024/10/11 3:21:26/

ThreadLocal允许为每个线程创建独立的变量副本，使得同一个ThreadLocal对象在不同的线程中拥有不同的值。它的主要作用是在并发环境下提供线程隔离，避免多个线程共享同一个变量，从而减少线程间的相互干扰。

ThreadLocal的核心在于为每个线程维护一个独立的数据副本，它的实现主要依赖于每个线程维护一个ThreadLocalMap，这是ThreadLocal专用的Map，用来存储线程自己的变量。

1.1. ThreadLocalMap底层数据结构

ThreadLocalMap是一个定制化的Map，其结构类似于HashMap，都是以Key-Value的键值对形式进行存储，其中Key存储的是ThreadLocal实例，Value存储的是对应的对象，默认为Object。相比于HashMap有一些不同之处：

弱引用的键：ThreadLocalMap的键（即ThreadLocal对象）使用了弱引用（强引用>软引用>弱应用>虚引用），因此当没有其他地方引用该ThreadLocal对象时，GC就会回收它。
线性探测解决哈希冲突：区别于HashMap中的链地址法解决哈希冲突，ThreadLocalMap使用线性探测法来解决哈希冲突，并且负载因子为2/3。
潜在内存泄漏：由于ThreadLocalMap中的键是弱引用，但其存储的Value是强应用，如果ThreadLocal对象被GC回收，而没有调用remove（）方法清理值，那么ThreadLocalMap中的值就有可能会一直存在，导致内存泄漏。因此在不适用ThreadLocal后，要及时的调用remove（）方法，手动清除线程的副本变量。或者使用 try-finally 模式来保证在完成工作后调用 remove()。

1.2. 能否使用ThreadLocal往线程中存储多个副本变量？

默认情况下，ThreadLocal每个线程只能存储一个值，因为它的设计初衷就是让每个线程独立的维护一组与ThreadLocal对象相关的值，也就是说，每个ThreadLocal实例只能存储一个值。

虽然 ThreadLocal 本身每个实例只能存储一个值，但多个 ThreadLocal 实例在同一个线程中是存储在 ThreadLocalMap 里的。因此，当一个线程中存在多个 ThreadLocal 实例时，这些实例及其对应的值就会存储在该线程的 ThreadLocalMap 中。

那如果我们就是想让一个线程拥有多个副本变量该怎么办？

法一：使用ThreadLocal存储一个容器（如Map或自定义对象）

虽然每个ThreadLocal实例只能存储一个值，但是其存储的是什么值是由我们决定的，因此可以将想要存储的多个变量放入Map中，以此实现存储多个独立的副本变量。

法二：使用多个ThreadLocal对象

private static ThreadLocal<String> threadLocal1 = new ThreadLocal<>();
private static ThreadLocal<Integer> threadLocal2 = new ThreadLocal<>();
threadLocal1.set("Thread1");
threadLocal2.set("Thread2");

通过以上代码在每个线程的ThreadLocalMap中创建了两个ThreadLocal对象，分别存储"Thread1"和"Thread2"，因此可以通过不同的ThreadLocal实例对象来获取不同的值。