JAVA ThreadLocal对象浅析 - HelloWorld开发者社区

最近在开发过程中，在做一个字典项服务的时候，最开始采用了ThreadLocal对象来缓存数据。在使用ThreadLocal过程中遇到一些问题，这里和大家分享一下。

一、什么是ThreadLocal？

顾名思义它是local variable（线程局部变量）。它的功用非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本。从线程的角度看，就好像每一个线程都完全拥有该变量。

它主要由四个方法组成initialValue()，get()，set(T)，remove()，其中initialValue()方法是一个protected的方法，只有在重写ThreadLocal的时候有用。

void set(T t)：为调用该方法的线程存入一个本线程变量。

T get(): 返回本线程存入ThreadLocal中的值，没有返回空。

void remove(): 移除本线程存入ThreadLocal中的值。

T initialValue():用于在为null时，生成一个初始值，ThreadLocal直接返回一个null值。

二、 ThreadLocal的原理

在查看了java源码后发现，ThreadLocal通过使用ThreadLocalMap（注：这里的Map非java.util.Map子类）实例来存储”线程局部变量”，当第一次设值的时候，如果map为空，则创建一个map并set入值，但是这个储值的Map并非ThreadLocal的成员变量，而是java.lang.Thread 类的成员变量。ThreadLocal的set,get方法源码如下：

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
}

    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
}

代码片段1

三、 ThreadLocal的对象释放问题

3.1 在我们使用ThreadLocal过程中，线程结束后，它的”线程局部变量”是如何回收的呢？

首先，保存”线程局部变量”的map并非是ThreadLocal的成员变量，而是java.lang.Thread的成员变量。也就是说，线程结束的时候，该map的资源也同时被回收。

解析：

ThreadLocal的set,get方法中均通过如下方式获取Map：

ThreadLocalMap map = getMap(t);

而getMap方法的代码如下：

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {

return t.threadLocals;

}

代码片段2

可见：ThreadLocalMap实例是作为java.lang.Thread的成员变量存储的，每个线程有唯一的一个threadLocalMap。这个map以ThreadLocal对象为key，”线程局部变量”为值，所以一个线程下可以保存多个”线程局部变量”。对ThreadLocal的操作，实际委托给当前Thread，每个Thread都会有自己独立的ThreadLocalMap实例，存储的仓库是Entry[] table；Entry的key为ThreadLocal，value为存储内容；因此在并发环境下，对ThreadLocal的set或get，不会有任何问题。以下为”线程局部变量”的存储图：

“线程局部变量”的存储图

由于treadLocalMap是java.util.Thread的成员变量，threadLocal作为threadLocalMap中的key值，在一个线程中只能保存一个”线程局部变量”。将ThreadLocalMap作为Thread类的成员变量的好处是：

a. 当线程死亡时，threadLocalMap被回收的同时，保存的”线程局部变量”如果不存在其它引用也可以同时被回收。

b. 同一个线程下，可以有多个treadLocal实例，保存多个”线程局部变量”。

3.2 如果线程在线程池中，一直存在，而threadLocal在多个地方被循环放入，会不会造成threadLocal对象无法回收？

如下所示：

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            for (int j = 0; j < 10; j++) {
                new ThreadLocalDomail(new byte[1024*1024]).getAndPrint();
            }
        }
    }
}

class ThreadLocalDomail{
    private ThreadLocal<byte[]> threadLocal=new ThreadLocal< byte[]>();

    public    ThreadLocalDomail(byte[] b){
     threadLocal.set(b);
    }

    public byte[] getAndPrint(){
     byte[] b=threadLocal.get();
     System.out.println(b.length);
     return b;
    }
}

代码片段3

因为ThreadLocalMap的Entry是（weakReference）弱引用，在外部不再引用threadLocal对象时，线程map中 threadLocal对应的key及其value均会被释放，不会造成内存溢出。以上TestMain代码中的new ThreadLocalDomail在每次循环后即被丢弃，可被垃圾回收器回收，代码可持续运行，不会内存溢出。

四、 ThreadLocal的应用

在比较熟悉的两个框架中，Struts2和Hibernate均有采用ThreadLocal变量，而且对整个框架来说是非常核心的一部分。

Struts2和Struts1的一个重要升级就是对request,response两个对象的解耦，Struts2的Action方法中不再需要传递request,response参数。但是Struts2不通过方法直接传入request,response对象，那么这两个值是如何传递的呢？

Struts2采用的正是ThreadLocal变量。在每次接收到请求时，Struts2在调用拦截器和action前，通过将request，response对象放入ActionContext实例中，而ActionContext实例是作为”线程局部变量”存入ThreadLocal actionContext中。

public class ActionContext implements Serializable {
    static ThreadLocal actionContext = new ThreadLocal();
. . .

代码片段4

由于actionContext是”线程局部变量”，这样我们通过ServletActionContext.getRequest()即可获得本线程的request对象，而且在本地线程的任意类中，均可通过该方法获取”线程局部变量”，而无需值传递，这样Action类既可以成为一个simple类，无需继承struts2的任意父类。

在利用Hibernate开发DAO模块时，我们和Session打的交道最多，所以如何合理的管理Session，避免Session的频繁创建和销毁，对于提高系统的性能来说是非常重要的。一般常用的Hibernate工厂类，都会通过ThreadLocal来保存线程的session，这样我们在同一个线程中的处理，工厂类的getSession()方法，即可以多次获取同一个Session进行操作，closeSession方法可在不传入参数的情况下，正确关闭session。

五、使用ThreadLocal发生的问题

在WEB服务器环境下，由于Tomcat，weblogic等服务器有一个线程池的概念，即接收到一个请求后，直接从线程池中取得线程处理请求；请求响应完成后，这个线程本身是不会结束，而是进入线程池，这样可以减少创建线程、启动线程的系统开销。

由于Tomcat线程池的原因，我最初使用的”线程局部变量”保存的值，在下一次请求依然存在（同一个线程处理），这样每次请求都是在本线程中取值而不是去memCache中取值，如果memCache中的数据发生变化，也无法及时更新。

解决方案: 处理完成后主动调用该业务treadLocal的remove()方法，将”线程局部变量”清空，避免本线程下次处理的时候依然存在旧数据。由于主动清理需要使用struts2拦截器，为了简单的解决问题，最后通过ServletActionContext.getRequest()获取request后，将数据setAttribute进request对象中，美中不足的是和request对象有一定的耦合。

Sturts2是如何解决线程池的问题呢？

由于web服务器的线程是多次使用的，很显然Struts2在响应完成后，会主动的清除“线程局部变量”中的ActionContext值，在struts2的org.apache.struts2.dispatcher.ng.filter.StrutsPrepareAndExecuteFilter类中，有这样的代码片段：

finally {

prepare.cleanupRequest(request);

}

而cleanupRequest方法中有如下代码

public void cleanupRequest(HttpServletRequest request) {
        ……//省略部分代码
        ActionContext.setContext(null);
        Dispatcher.setInstance(null);
    }

代码片段6

由此可见，Sturts2在处理完成后，会主动清空”线程局部变量”ActionContext，来达到释放系统资源的目的。