ThreadLocal从入门到精通

1.ThreadLocal是什么

ThreadLocal 是 Java 提供的一个用于线程存储本地变量的类。它为每个线程提供独立的变量副本，确保变量在多线程环境下的线程安全。每个线程访问 ThreadLocal 时，都会有自己专属的变量副本，互不干扰，避免了并发访问时共享变量的竞争问题。
主要作用：
● 线程隔离：ThreadLocal 提供了线程之间的数据隔离。当多个线程操作同一个对象时，可以通过 ThreadLocal 为每个线程分配一个独立的变量副本，从而避免多线程间的变量共享导致的数据不一致问题。
● 解决并发问题：在高并发场景下，ThreadLocal 可以用来存储线程相关的状态信息，这样可以减少线程间的竞争，提高程序的并发性能。
● 可以跨层，跨类跨方法传递变量
● 简化代码：使用 ThreadLocal 可以简化多线程环境下的编程模型，使得线程局部变量的访问变得像访问普通变量一样简单。

2.ThreadLocal的工作原理

ThreadLocal 的核心机制是为每个线程创建一个独立的变量副本，并且这个副本是存储在线程自身的内部结构中，而不是 ThreadLocal 实例中。它主要依赖于 Thread 类中的 ThreadLocalMap 来实现这一功能。

1. ThreadLocalMap每个 Thread 对象内部维护了一个 ThreadLocalMap，用于存储线程的本地变量。
   ThreadLocalMap 是一个类似于哈希表的结构，其中 ThreadLocal 对象作为键，线程的本地变量副本作为值。
   ● 每次线程调用 ThreadLocal.set() 方法时，实际上是将变量存储到该线程的 ThreadLocalMap 中，ThreadLocal 实例作为键。
   ● 当线程调用 ThreadLocal.get() 方法时，会从当前线程的 ThreadLocalMap 中读取与 ThreadLocal 对象相关联的值。
2. 弱引用的使用
   ThreadLocalMap 使用了弱引用来引用 ThreadLocal 对象，这意味着如果某个 ThreadLocal 实例没有被其他对象强引用时，Java 垃圾回收器（GC）可以对其进行回收，避免内存泄漏。为了避免出现内存泄漏风险，开发者应该在使用完 ThreadLocal 变量后，主动调用 remove() 方法清理资源。
3. 主要方法
   ● set(T value)：将当前线程的局部变量值存储到 ThreadLocalMap 中。
   ● get()：获取当前线程的局部变量值。如果是第一次访问，没有值时，调用 initialValue() 设置默认值。
   ● remove()：移除当前线程的局部变量，如不移除，会一直在脑门上，占用内存空间，导致的内存泄漏。

3.ThreadLocal的使用场景

1.用户会话管理：
● 在处理 HTTP 请求时，每个线程都代表一个用户请求。可以使用 ThreadLocal 来存储每个线程的会话信息，如用户 ID、认证信息、角色等，保证线程间的会话信息独立。

public class UserSessionContext {private static final ThreadLocal<UserSession> contextHolder = new ThreadLocal<>();public static void set(UserSession session) {contextHolder.set(session);}public static UserSession get() {return contextHolder.get();}public static void remove() {contextHolder.remove();}
}

2.数据库连接管理：
● 在一些数据库操作中，每个线程可能需要维护一个数据库连接。通过 ThreadLocal，可以确保每个线程都有一个独立的数据库连接，避免了多个线程竞争同一个连接。
3.事务管理：
● 在事务管理中，可以通过 ThreadLocal 来确保每个线程拥有独立的事务状态，从而保证事务的原子性和隔离性，因为事物的提交或者回滚是基于一条数据库连接的，使用这个可以确保使用一条连接
● Spring 的 TransactionSynchronizationManager 就是通过 ThreadLocal 来存储当前线程的事务上下文信息。
4.日志记录：
● 可以在日志系统中使用 ThreadLocal 存储线程级别的上下文信息，比如 requestId 或 traceId，这样在整个请求链中都可以记录统一的上下文信息，方便追踪日志。