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三问 ThreadLocal —— 有什么用？使用时有什么潜在风险？原理？

article 2024/11/20 21:30:33

最近想实现一些功能，求诸于网络之后，得到了使用 ThreadLocal 实现的方式，那么 ThreadLocal 到底是什么呢？遂写此文，抽丝剥茧的来看一下这个 Java 并发类。

最近，me 的 gpt 账号没了，所以不能让 gpt 帮 me 美化语言了，大家将就看吧…

一、看看作者怎么说 😏 —— 有什么用篇

（ps：大家再去看这些 Java 原生功能，就别一顿乱搜了呗，当然万能的GPT除外，呜呜呜，JDK 源码里有作者的介绍，看看作者怎么说，可以防止我们走进误区）

在这里插入图片描述

作为 ThreadLocal 0基础小白，我带大家读一下哈 …

1. 首先

首先，作者告诉我们，ThreadLocal 提供了一个 thread-local 的变量，也就是以线程为单位的一个线程的局部变量 , 访问这个变量的每个线程都有属于自己的这个变量的副本。

2. 接着

接着呢，作者告诉我们，这个 ThreadLocal 通常被类定义为 static 的（为什么定义成 static 的，我们在后面说，现在先大概了解一下），并且这个线程和某些状态相关联，这些状态包括某些用户的 ID 或者某些事务的 ID 等。但是这样直接翻译，我觉得不是很信达雅，我觉得这么说比较好，执行某个操作的线程需要携带某些状态，比如需要携带用户 ID，这时候我们就可以使用 ThreadLocal 。

3. 然后

然后，作者给我们举了个使用例子。

4. 最后

最后，作者和我们说了一下，ThreadLocal 实例的生命周期，它和持有它的线程共存亡，持有它的线程活着，它就活着，否则，它就会被垃圾回收掉。

总结

通过上面作者说的话，我们可以大概了解 ThreadLocal 是什么了，下面我尝试用一句话概括 —— ThreadLocal 是我们某个线程独占的变量，其可以携带某些状态，这些状态对当前线程有用，我们就带上它，然后它和线程共存亡，线程 g 了，它被垃圾回收掉。

(ps : 感觉我说话太不正经了，大家平时别这么说话，给人一种半吊子的感觉，会掉印象分的，QWQ)

二、原理篇

我不想带着大家看源码了，源码太长了，这里取几个我觉得重要的点说一下：

每个 Thread 里都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap，我们定义的 ThreadLocal 变量就存放在这个 map 里，其中 ThreadLocal 对象作为 key， ThreadLocal 对象携带的 value 作为值，形成一个个 Entry —— 之所以共生命周期的原因

在这里插入图片描述

ThreadLocal 在遍历上面的 map 执行 get 和 set 方法时候，会自动帮我们释放 key 为 null 的 value 的空间

三、潜在风险篇

在上文，我们了解到了 ThreadLocal 是什么，以及它的实现原理。然后，我已经决定使用它作为我的当前业务代码的解决方案，所以，我必须做一件事 —— 分析一下是不是可能有潜在风险，不然万一我走了，代码给后人维护，然后突然出了个大 bug，那个方法上面赫然写着我的名字，我可不想我都走了，还要被人骂 …

下面是我画的一张 ThreadLocal 的内存分析图，毕竟一图胜过千言嘛 ~ 但是，要理解下面的图，需要知道以下几个概念：

JVM 内存模型中的栈和堆，栈内存中存放对象的引用，堆内存中存放对象的实例，对应下图，ThreadLocal 类的引用和实例，以及当前线程类的引用和实例。
引用就是指针，虽然 Java 中没有指针的概念，但是可以这么去理解，引用指向实例。
Java 中对象的引用分为强引用、软引用、弱引用和虚引用
Java 垃圾回收，找到需要回收的对象的方法 —— 可达性分析法，翻译过来就是没有引用的对象直接回收。具有弱引用的对象进行垃圾回收时，扫描到就直接回收。但是，对于强引用，宁可内存溢出也不能回收强引用对象，我们平时创建的普通对象就是强引用的，Java 宁可发生 OOM 也不能释放我们还没用完的强引用对象。
内存泄漏是值：动态分配的堆内存因为某些原因未被释放，但是过多的内存泄漏会导致内存溢出

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通过上面的分析，我们可以得出之所以会出现内存泄漏，是因为没有手动释放 value 造成的，所以解决方式也是不要等我们的 ThreadLocal 通过 get 或者 set 自动删除，而是每次都手动 remove

四、尝试用一下

按照作者的推荐，其适合用来为一个线程存放事务ID或者用户ID，从而使得这个ID可以被当前线程所把持，不存在被其他线程修改的线程安全问题。

功能描述

我的一个业务功能需要获取当前登录的用户的信息，这个用户信息我存放在 Session 中了。我希望可以实现下面的链路：

所以，我使用 ThreadLocal 来解决，每个请求相当于一个线程，我为这个线程封装好 ThreadLocal，其 value 是用户相关的信息。
在这里插入图片描述

1. 在当前业务拦截器中将用户信息放入 ThreadLocal

public class CartInterceptor implements HandlerInterceptor {
    public static ThreadLocal<UserInfoTO> threadLocal = new ThreadLocal<>();
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        // 获取会话信息，获取登录用户信息
        HttpSession session = request.getSession();
        MemberResponseVO attribute = (MemberResponseVO) session.getAttribute(AuthConstant.LOGIN_USER);
        // 判断是否登录，并封装User对象给controller使用
        UserInfoTO user = new UserInfoTO();
        if (attribute != null) {
            // 登录状态，封装用户ID，供controller使用
            user.setUserId(attribute.getId());
        }
        // 获取当前请求游客用户标识user-key
        Cookie[] cookies = request.getCookies();
        if (ArrayUtils.isNotEmpty(cookies)) {
            for (Cookie cookie : cookies) {
                if (cookie.getName().equals(CartConstant.TEMP_USER_COOKIE_NAME)) {
                    // 获取user-key值封装到user，供controller使用
                    user.setUserKey(cookie.getValue());
                    user.setTempUser(true);// 不需要重新分配
                    break;
                }
            }
        }

        // 判断当前是否存在游客用户标识
        if (StringUtils.isBlank(user.getUserKey())) {
            // 无游客标识，分配游客标识
            user.setUserKey(UUID.randomUUID().toString());
        }
        // 封装用户信息（登录状态userId非空，游客状态userId空）
        threadLocal.set(user);
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
        UserInfoTO user = threadLocal.get();
        if (user != null && !user.isTempUser()) {
            // 需要为客户端分配游客信息
            Cookie cookie = new Cookie(CartConstant.TEMP_USER_COOKIE_NAME, user.getUserKey());
            cookie.setDomain("gulimall.com");// 作用域
            cookie.setMaxAge(CartConstant.TEMP_USER_COOKIE_TIMEOUT);// 过期时间
            response.addCookie(cookie);
        }
    }
}

2. 在业务要使用时，拿出 ThreadLocal 中的用户信息进行判断

    @Override
    public List<CartItemVO> getUserCartItems() {
        // 获取当前用户登录的信息
        UserInfoTO userInfo = CartInterceptor.threadLocal.get();
        if (userInfo.getUserId() == null) {
            // 未登录
            return null;
        } else {
            // 已登录，查询redis用户购物车
            List<CartItemVO> items = getCartItems(CartConstant.CART_PREFIX + userInfo.getUserId());
            if (CollectionUtils.isEmpty(items)) {
                throw new CartExceptionHandler();
            }
            // 筛选所有选中的sku
            Map<Long, CartItemVO> itemMap = items.stream().filter(item -> item.getCheck())
                    .collect(Collectors.toMap(CartItemVO::getSkuId, val -> val));
            // 调用远程获取最新价格
            Map<Long, BigDecimal> priceMap = productFeignService.getPrice(itemMap.keySet());
            // 遍历封装真实价格返回
            return itemMap.entrySet().stream().map(entry -> {
                CartItemVO item = entry.getValue();
                item.setPrice(priceMap.get(entry.getKey()));// 封装真实价格
                return item;
            }).collect(Collectors.toList());
        }
    }