JUC并发编程之深入理解ThreadLocal

1. ThreadLocal概述

ThreadLocal是Java标准库提供的一个工具类，位于java.lang包下。它允许你创建一个线程局部变量，每个线程都可以独立地访问自己的变量副本，互不干扰。这在某些场景下非常有用，比如在多线程环境下，每个线程需要维护自己的状态信息，但又不想通过方法参数传递的方式来实现。

ThreadLocal的核心思想是为每个线程维护一个独立的变量副本。当一个线程访问ThreadLocal变量时，实际上是在访问该线程自己的变量副本。这就避免了多线程之间的竞争和冲突。

2. ThreadLocal的使用方法

2.1 创建ThreadLocal变量

要使用ThreadLocal，首先需要创建一个ThreadLocal对象，并指定变量的初始值。ThreadLocal提供了initialValue()方法来指定初始值。这个方法在第一次访问该ThreadLocal变量时会被调用，为当前线程生成一个初始值。

ThreadLocal<String> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> "Initial Value");

2.2 获取和设置ThreadLocal变量的值

通过get()方法可以获取当前线程的ThreadLocal变量的值。

String value = threadLocal.get();

通过set()方法可以设置当前线程的ThreadLocal变量的值。

threadLocal.set("New Value");

2.3 移除ThreadLocal变量

通过remove()方法可以移除当前线程的ThreadLocal变量。注意，一旦移除后，下次访问该ThreadLocal变量时会重新调用initialValue()方法生成一个新的初始值。

threadLocal.remove();

3. ThreadLocal的工作原理

要深入理解ThreadLocal，我们需要了解其工作原理。在Java中，每个Thread对象都有一个ThreadLocalMap实例，这个实例是一个存储ThreadLocal变量和对应值的映射。当我们调用ThreadLocal.set()方法设置变量的值时，实际上是将变量存储在当前线程的ThreadLocalMap中。

class Thread {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    // ...
}
class ThreadLocal<T> {
    static class ThreadLocalMap {
        // 内部存储ThreadLocal变量和对应值的映射
        // ...
    }
    // ...
}

每个ThreadLocal实例在ThreadLocalMap中都有一个唯一的key，通过这个key可以找到对应的值。由于每个线程都有自己的ThreadLocalMap实例，不同线程之间的ThreadLocal变量互不干扰。

4 线程池中的使用

在使用线程池时，由于线程会被重用，ThreadLocal中的值可能会被多个任务共享。如果在任务执行完成后没有显式地调用remove()方法清理ThreadLocal变量，可能导致下次任务使用时出现意外的数据。

为了避免这种情况，可以在任务执行之前调用remove()方法来确保ThreadLocal变量不会被其他任务复用。

public class ThreadPoolUsage {
    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executorService.execute(() -> {
                int value = threadLocal.get();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + value);
                threadLocal.set(value + 1);
                threadLocal.remove(); // 清理ThreadLocal变量
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}