一、定義

Thread-Specific Storage就是“線程獨有的存儲庫”，該模式會對每個線程提供獨有的內存空間。java.lang.ThreadLocal類提供了該模式的實現，ThreadLocal的實例是一種集合(collection)架構，該實例管理了很多對象，可以想象成一個保管有大量保險箱的房間。

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java.lang.ThreadLocal類的方法：

• public void set()

該方法會檢查當前調用線程，默認以該線程的Thread.currentThread()值作為鍵，來保存指定的值。

• public Object get()

該方法會檢查當前調用線程，默認以該線程的Thread.currentThread()值作為鍵，獲取保存指定的值。

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二、模式案例

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//實際執(zhí)行記錄日志的類，每個線程都會擁有該類的實例 public class TSLog {private PrintWriter writer = null;public TSLog(String filename){try {writer = new PrintWriter(new FileWriter(filename));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public void println(String s){writer.println(s);}public void close(){writer.println("==== End of log ====");writer.close();} }

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public class Log {private static final ThreadLocal<TSLog> tsLogCollection = new ThreadLocal<TSLog>();public static void println(String s){getTSLog().println(s);}private static TSLog getTSLog() {TSLog tsLog = tsLogCollection.get();if(tsLog==null){tsLog = new TSLog(Thread.currentThread().getName()+"-log.txt");tsLogCollection.set(tsLog);}return tsLog;}public static void close(){getTSLog().close();} }

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public class ClientThread extends Thread {public ClientThread(String name) {super(name);}@Overridepublic void run() {System.out.println(getName()+" BEGIN");for (int i = 0; i < 10; i++) {Log.println("i = "+i);try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}Log.close();System.out.println(getName()+" END");} }

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public class Main {public static void main(String[] args) {new ClientThread("Alice").start();new ClientThread("Bobby").start();new ClientThread("Chris").start();} }

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打開硬盤里的項目目錄，可以看到三個生成的日志文件

文件內容都是以下圖示

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Alice、Boddy、Chris三個線程調用Log類的同一個方法，但實際上每個線程都擁有獨自的TSLog實例。

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三、模式講解

Thread-Specific Storage模式的角色如下：

• Client(委托人)

Client會將工作委托給TSObjectProxy。(案例中的ClientThread類就是Client)

• TSObjectProxy(線程獨有對象的代理者)

TSObjectProxy會處理多個Client委托的工作。(案例中的Log類就是TSObjectProxy)

• TSObjectCollection(線程獨有對象的集合)

案例中的java.lang.ThreadLocal類就是TSObjectCollection

• TSObject(線程獨有的對象)

TSObject存放線程所持有的信息，TSObject實例的方法只會由單線程調用，由TSObjectCollection管理，每個線程都擁有獨立的TSObject實例。(案例中的TSLog類就是TSObject)

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四、ThreadLocal的原理

JDK中有一個類就實現了Thread-Specific Storage模式，即ThreadLocal，ThreadLocal類主要有四個方法：

1、初始化返回值的方法：
該方法實現只返回 null，并且修飾符為protected，很明顯，如果用戶想返回初始值不為null，則需要重寫該方法；

protected T initialValue() {return null; }

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2、get方法，獲取線程本地副本變量

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

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3、set方法，設置線程本地副本變量

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

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4、remove方法，移除線程本地副本變量

public void remove() {ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());if (m != null)m.remove(this); }

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4.2 實現原理

如果需要我們自己來設計ThreadLocal對象，那么，一般的實現思路：設計一個線程安全的Map，key就是當前線程對象，Value就是線程本地變量的值。

然而，JDK的實現思路：

讓每個Thread對象，自身持有一個Map，這個Map的Key就是當前ThreadLocal對象，Value是本地線程變量值。相對于加鎖的實現方式，這樣做可以提升性能，其實是一種以時間換空間的思路。

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ThreadLocal類有個getMap()方法，其實就是返回Thread對象自身的Map——threadLocals。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals; }

set方法如下：

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

?get方法如下：

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

看了源碼就能懂了，假如線程有變量A和變量B，那么變量A會使用ThreadLocalA的set方法存放，變量B會使用ThreadLocalB的set方法存放，而set方法實際上是將變量A存放在線程自己的Map里，key為ThreadLocalA，value是變量A。

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threadLocals是一種ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的數據結構，作為內部類定義在ThreadLocal類中，其內部采用一種WeakReference(弱引用)的方式保存鍵值對。

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Entry繼承了WeakReference：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;} }

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4.3 使用注意

Hash沖突

ThreadLocalMap中解決Hash沖突采用線性探測的方式。所謂線性探測：

就是根據初始key的hashcode值確定元素在table數組中的位置，如果發(fā)現這個位置上已經有其他key值的元素被占用，則利用固定的算法尋找一定步長的下個位置，依次判斷，直至找到能夠存放的位置。

ThreadLocalMap采用線性探測的方式解決Hash沖突的效率很低（簡單地步長+1），所以如果有大量不同的ThreadLocal對象放入map中時發(fā)送沖突，則效率很低。

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使用建議

每個線程只存一個變量，這樣的話所有的線程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal，如果一個線程要保存多個變量，就需要創(chuàng)建多個ThreadLocal，多個ThreadLocal放入Map中時會極大的增加Hash沖突的可能。

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內存泄漏

ThreadLocal在ThreadLocalMap中是以一個弱引用類型被Entry中的Key引用的，因此如果ThreadLocal沒有外部強引用來引用它，那么ThreadLocal會在下次JVM垃圾收集時被回收。

這個時候就會出現Entry中Key已經被回收，出現一個null Key的情況，外部讀取ThreadLocalMap中的元素是無法通過null Key來找到Value的。

因此如果當前線程的生命周期很長，一直存在，那么其內部的ThreadLocalMap對象也一直生存下來，這些null key就存在一條強引用鏈的關系一直存在：Thread --> ThreadLocalMap-->Entry-->Value，這條強引用鏈會導致Entry不會回收，Value也不會回收，但Entry中的Key卻已經被回收的情況，造成內存泄漏。

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但JVM團隊已經考慮到這樣的情況，并做了一些措施來保證ThreadLocal盡量不會內存泄漏：
在ThreadLocal的get()、set()、remove()方法調用的時候會清除掉線程的ThreadLocalMap中所有Entry中Key為null的Value，并將整個Entry設置為null，利于下次內存回收。

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最好的解決方案：

每次使用完ThreadLocal，都調用它的remove()方法，清除數據。

/*** Remove the entry for key.*/private void remove(ThreadLocal<?> key) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {if (e.get() == key) {e.clear();expungeStaleEntry(i);return;}}}

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借鑒學習自https://segmentfault.com/a/1190000015558915

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的(十三)Thread-Specific Storage(ThreadLocal)模式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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