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JAVA 并发 ThreadLocal

news 2025/7/15 6:52:57

ThreadLocal，即线程变量，是一个以ThreadLocal对象为键、任意对象为值的存储结构。在 Java 里，ThreadLocal类能够让每个线程都拥有属于自己的独立变量副本。每个线程对这个变量的操作，都只会影响自身的副本，不会对其他线程的副本造成影响。

核心概念

ThreadLocal的主要作用是为每个使用该变量的线程都创建一个独立的副本。每个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程所对应的副本。从本质上来说，ThreadLocal是通过将数据与线程进行绑定，以此来实现线程间数据的隔离。

ThreadLocal的数据结构

Thread类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals，也就是说每个线程有一个自己的ThreadLocalMap。

ThreadLocalMap有自己的独立实现，可以简单地将它的key视作ThreadLocal，value为代码中放入的值（实际上key并不是ThreadLocal本身，而是它的一个弱引用）。

弱引用引发的问题：

当外部对ThreadLocal对象的强引用被释放后，ThreadLocal对象会被垃圾回收。然而，此时Entry中的值（value）是强引用，它不会被自动回收。如果线程一直存活（比如在线程池中），这些值就会一直存在，从而导致内存泄漏。

为了避免内存泄漏，在使用完ThreadLocal后，要及时调用remove()方法来移除对应的条目。

基本用法

使用ThreadLocal主要涉及以下几个方法：

get()：获取当前线程的变量副本。
set(T value)：为当前线程设置变量的副本值。
remove()：移除当前线程的变量副本。
initialValue()：提供初始值，该方法为 protected 类型，通常需要通过匿名内部类进行重写。

示例：

public class Haohaoxuexi {// 每个实例包含一个消息列表private List<String> messages = new ArrayList<>();// 静态ThreadLocal，为每个线程提供独立的Haohaoxuexi实例public static final ThreadLocal<Haohaoxuexi> holder = ThreadLocal.withInitial(Haohaoxuexi::new);// 向当前线程的消息列表添加消息public static void add(String msg) {holder.get().messages.add(msg);}// 清除当前线程的消息列表并返回public static List<String> clear() {List<String> messages = holder.get().messages;holder.remove();System.out.println("size is" + messages.size());return messages;}// 主方法：创建10个线程，每个线程添加一条消息并打印public static void main(String[] args) {Thread[] threads = new Thread[10];for (int i = 0; i < 10; i++) {int j = i;threads[i] = new Thread(() -> {Haohaoxuexi.add("msg" + j);List<String> messages = holder.get().messages;System.out.println(messages);});threads[i].start();}}
}

程序流程：

1.主方法创建 10 个工作线程

Thread[] threads = new Thread[10];

2.核心结构与初始化

// 每个实例包含一个消息列表private List<String> messages = new ArrayList<>();// 静态ThreadLocal，为每个线程提供独立的Haohaoxuexi实例public static final ThreadLocal<Haohaoxuexi> holder = ThreadLocal.withInitial(Haohaoxuexi::new);

ThreadLocal<Haohaoxuexi> holder：当创建线程时，为每个线程创建独立的key为holder，value为Haohaoxuexi类的实例（其中包含了messages对象，messages是引用，指向独立的ArrayList实例）
withInitial(Haohaoxuexi::new)：首次调用get()时初始化实例

3.每个工作线程执行流程

for (int i = 0; i < 10; i++) {int j = i;threads[i] = new Thread(() -> {// 1. 调用静态方法add()Haohaoxuexi.add("msg" + j);// 2. add()方法内部：//    a. holder.get()为线程T1生成第一个Haohaoxuexi实例//    b. 调用该实例的messages.add("msg0")// 3. 获取当前线程的消息列表并打印List<String> messages = holder.get().messages;System.out.println(messages); // 输出: [msg0]});threads[i].start();}

（1）调用Haohaoxuexi类中的add方法 -->通过holder.get().messages.add(msg) 为messages动态数组对象加入“msg”+【j】元素

为什么需要int i = j 而不是直接使用变量i :

在 Java 中，Lambda 表达式和匿名内部类只能捕获外部的最终变量。所谓最终变量，是指在初始化后就不会再被修改的变量。如果你直接在 Lambda 表达式中使用循环变量i，会出现编译错误，因为循环变量i在每次迭代中都会被修改，不满足最终变量的要求。

为了满足这一要求，需要创建一个局部变量j，并将当前迭代的i值赋给它。这个局部变量j在 Lambda 表达式捕获时是不会被修改的，因此它是最终变量。这样，每个线程捕获的是不同的j实例，从而保证了每个线程使用的是正确的索引值。

（2）List<String> messages = holder.get().messages;

通过key holder使用get方法返回messages实例

（3）输出