Java多线程之ThreadLocal原理总结

我们来详细讲解一下“Java多线程之ThreadLocal原理总结”的完整攻略。

1. 什么是ThreadLocal

ThreadLocal 是 Java 提供的一种本地线程变量，可以为每个线程存储一份独立的变量副本，各自互不影响。这样可以避免多个线程之间对同一个变量进行竞争锁，增加程序的运行效率。

2. ThreadLocal 实现原理

ThreadLocal 实现原理非常简单：在ThreadLocal的内部实现中，通过一个ThreadLocalMap来存储每个线程单独的数据，ThreadLocalMap中存储的是以ThreadLocal对象为键，以线程本地变量为值的数据。

其中，ThreadLocalMap 的 key 是弱引用，value 是普通引用。当线程结束时，ThreadLocalMap 中的键值对会被自动清除。

3. ThreadLocal 示例演示

以下是一个简单的示例，通过 ThreadLocal 实现线程局部变量，并在一个线程里面进行数据的读取和修改。

public class ThreadLocalDemo {

    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>(){
        @Override
        public Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            //获取当前线程的线程局部变量的值
            int before = threadLocal.get();
            System.out.println("线程1开始时，threadLocal存储的值：" + before);

            //设置当前线程的线程局部变量的值
            threadLocal.set(100);

            //获取当前线程的线程局部变量的值
            int after = threadLocal.get();
            System.out.println("线程1结束时，threadLocal存储的值：" + after);
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            //获取当前线程的线程局部变量的值
            int before = threadLocal.get();
            System.out.println("线程2开始时，threadLocal存储的值：" + before);

            //设置当前线程的线程局部变量的值
            threadLocal.set(200);

            //获取当前线程的线程局部变量的值
            int after = threadLocal.get();
            System.out.println("线程2结束时，threadLocal存储的值：" + after);
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
    }
}

上述示例中通过 ThreadLocal 为每个线程存储一个局部变量，通过 initialValue() 方法设置初始值，然后在线程内对局部变量进行读取和修改。

输出结果如下：

线程1开始时，threadLocal存储的值：0
线程2开始时，threadLocal存储的值：0
线程1结束时，threadLocal存储的值：100
线程2结束时，threadLocal存储的值：200

可以发现，每个线程都有一个独立的局部变量，互不干扰。

4. ThreadLocal 使用场景

ThreadLocal 可以用于需要手动管理资源、线程安全的类。例如连接池、时间格式化等，可以将这些资源以 ThreadLocal 的形式存储在每个线程中，实现自动管理。

下面是一个使用 ThreadLocal 管理时间格式化的示例：

public class DateFormatter {

    private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatHolder = 
            ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));

    public static String format(Date date) {
        return dateFormatHolder.get().format(date);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Date date = new Date();
        System.out.println("当前时间：" + DateFormatter.format(date));
    }
}

输出结果如下：

当前时间：2022-07-04 15:36:06

可以看到，dateFormatHolder 在每个线程中都有一份独立的副本，不会互相干扰，实现了线程安全，同时也不需要手动管理线程安全，简化了代码实现。