ThreadLocal

ThreadLocal 是 Java 提供的一个线程本地存储机制，它允许每个线程拥有自己的变量副本，从而避免多线程环境下的数据竞争问题。它的核心特点是 线程隔离，即不同线程访问同一个 ThreadLocal 变量时，获取的是各自独立的值。

1. ThreadLocal 的基本使用

(1) 创建 ThreadLocal

ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<>();

(2) 设置和获取值

threadLocal.set("Hello");  // 设置当前线程的变量副本
String value = threadLocal.get();  // 获取当前线程的变量副本

(3) 移除值

threadLocal.remove();  // 清除当前线程的变量副本

2. ThreadLocal 的实现原理

ThreadLocal 的核心实现依赖于 ThreadLocalMap，它是 Thread 类的一个内部类，采用 线性探测法 存储键值对（ThreadLocal 作为 key，存储的值作为 value）。

(1) 存储结构

• 每个 Thread 对象内部维护一个 ThreadLocalMap。

• ThreadLocalMap 的 key 是 ThreadLocal 对象（弱引用），value 是存储的值（强引用）。

每个线程只有一个 ThreadLocalMap（默认情况）

每个ThreadLocalMap 可以存储多个 ThreadLocal 实例

3. ThreadLocal 的优缺点

✅ 优点

1. 线程安全：每个线程操作自己的副本，无需同步。

2. 减少锁竞争：提高并发性能。

3. 隐式传参：简化方法调用链的参数传递。

❌ 缺点

1. 内存泄漏风险（主要问题）：

   • ThreadLocalMap 的 key 是弱引用（ThreadLocal），但 value 是强引用。

   • 如果 ThreadLocal 被回收（如设为 null），但线程未终止，value 会一直占用内存。

   • 解决方案：使用后必须调用 remove() 清理。

2. 不适合存储大对象：

   • 每个线程都存储副本，可能占用大量内存。

3. 线程池环境下可能污染数据：

   • 线程池的线程会复用，如果未清理 ThreadLocal，可能导致后续任务读取到旧数据。

4. ThreadLocal 的适用场景

(1) 线程封闭（Thread Confinement）

• 每个线程需要独立的变量副本，避免共享变量导致的线程安全问题。

• 典型应用：

  • SimpleDateFormat（非线程安全，可用 ThreadLocal 缓存每个线程的实例）。

  • 数据库连接（Connection）管理（如 Spring 的 TransactionSynchronizationManager）。

  • 用户会话（Session）管理（如 Web 框架存储当前请求的用户信息）。

(2) 跨方法传递隐式参数

• 避免在方法调用链中显式传递参数，如：

  public void methodA() {
      threadLocal.set(user);
      methodB();
  }
  
  public void methodB() {
      User user = threadLocal.get();  // 无需显式传参
  }

(3) 性能优化（减少锁竞争）

• 代替 synchronized 或 volatile，适用于 读多写少 的场景（如缓存）。

5. ThreadLocal 的最佳实践

1. 尽量使用 private static final：

   private static final ThreadLocal userThreadLocal = new ThreadLocal<>();

   • static 避免频繁创建 ThreadLocal 实例。

   • final 防止意外修改引用。

   • try-finally{remove()} 避免内存泄漏

注意点: new ThreadLocal<>() 只是创建一个 ThreadLocal 实例，它不会自动存储到 ThreadLocalMap 中。
只有调用 threadLocal.set(value) 时，才会将当前线程的 ThreadLocal 和 value 存入该线程的 ThreadLocalMap。