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前言
一、ThreadLocal与Synchronized的区别
二、ThreadLocal的使用及原理
- 1、ThreadLocal的两种用法
- 2、ThreadLocal源码分析
- 2、ThreadMap源码分析
- 3、ThreadLocal只能当前线程可见吗
三、ThreadLocal的内存泄漏

前言

ThreadLocal提供了线程的局部变量，该变量对其他线程而言是隔离的，每个线程都可以通过set()和get()来对这个局部变量进行操作，但不会和其他线程的局部变量进行冲突，实现了线程的数据隔离。

一、ThreadLocal与Synchronized的区别

Synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问，多线程同时操作共享变量并且能正确的输出结果；
ThreadLocal是为每一个线程都提供了变量的副本，把共享变量变成线程私有了，每个线程都有独立的一个变量。ThreadLocal的实例和他的值仍然是放到在堆的。ThreadLocal对象也是对象，对象就在堆。只是JVM通过一些技巧将其可见性变成了线程可见。

二、ThreadLocal的使用及原理

如下源码，每一个thread中都有一个ThreadMap对象维护着线程中的threadLocals变量，具体可以看上面的图解。每个线程创建ThreadLocal的时候，实际上数据是存在自己线程Thread的threadLocals变量里面的，别人没办法拿到，从而实现了隔离。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}public class Thread implements Runnable {……/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained* by the ThreadLocal class. */ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;/** InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is* maintained by the InheritableThreadLocal class.*/ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;……

那么怎样去使用ThreadLocal呢

1、ThreadLocal的两种用法

第一种用法：每个线程需要有一个独享的对象，比如工具类SimpleDateFormat。如下代码创建了10个核心线程数的线程池，并通过重写ThreadLocal中的initialValue方法给每一个线程新建SimpleDateFormat副本。

package threadlocal;import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;/*** 描述：     利用ThreadLocal，给每个线程分配自己的dateFormat对象，保证了线程安全，高效利用内存*/
public class ThreadLocalNormalUsage05 {public static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for (int i = 0; i < 1000; i++) {int finalI = i;threadPool.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {String date = new ThreadLocalNormalUsage05().date(finalI);System.out.println(date);}});}threadPool.shutdown();}public String date(int seconds) {//参数的单位是毫秒，从1970.1.1 00:00:00 GMT计时Date date = new Date(1000 * seconds);SimpleDateFormat dateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();return dateFormat.format(date);}
}class ThreadSafeFormatter {public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>() {@Overrideprotected SimpleDateFormat initialValue() {return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");}};
}

第二种用法：每个线程内需要保存全局变量，可以让不同的业务使用，比如获取用户的session信息，让不同的service使用，避免参数需要一直传递导致代码的冗余。主要是强调同一个请求内，不同方法的共享。

package threadlocal;/*** 描述：     演示ThreadLocal用法2：避免传递参数的麻烦*/
public class ThreadLocalNormalUsage06 {public static void main(String[] args) {new Service1().process("");}
}class Service1 {public void process(String name) {User user = new User("超哥");UserContextHolder.holder.set(user);new Service2().process();}
}class Service2 {public void process() {User user = UserContextHolder.holder.get();ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();System.out.println("Service2拿到用户名：" + user.name);new Service3().process();}
}class Service3 {public void process() {User user = UserContextHolder.holder.get();System.out.println("Service3拿到用户名：" + user.name);UserContextHolder.holder.remove();}
}class UserContextHolder {public static ThreadLocal<User> holder = new ThreadLocal<>();}class User {String name;public User(String name) {this.name = name;}
}

2、ThreadLocal源码分析

get()方法源码如下所示，如果第一次调用get，ThreadLocalMap中的值为null，说明在这之前没有set进去数据，那么会调用setInitialValue()方法，在setInitialValue()方法中会调用initialValue()方法也就是我们在第一种用法中重写的方法，如果没有重写默认返回null。

    public T get() {//1、获取当前线程Thread t = Thread.currentThread();//2、获取当前线程的ThreadLocalMapThreadLocalMap map = getMap(t);//3、如果map数据不为空，if (map != null) {//3.1、获取threalLocalMap中存储的值ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}//如果是数据为null，则初始化，初始化的结果，TheralLocalMap中存放key值为threadLocal，值为nullreturn setInitialValue();}private T setInitialValue() {T value = initialValue();Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;}

如下源码，在第二种用法中如果没有初始化，进行了set()方法，set赋值的时候首先会获取当前线程thread,并获取thread线程中的ThreadLocalMap属性。如果map属性不为空，则直接更新value值，如果map为空，则实例化threadLocalMap,并将value值初始化。

 public void set(T value) {//1、获取当前线程Thread t = Thread.currentThread();//2、获取线程中的属性 threadLocalMap ,如果threadLocalMap 不为空，//则直接更新要保存的变量值，否则创建threadLocalMap，并赋值ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);else// 初始化thradLocalMap 并赋值createMap(t, value);}

2、ThreadMap源码分析

ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部静态类，并未实现Map接口，它的构成主要是用Entry来保存数据，而且还是继承的弱引用。在Entry内部使用ThreadLocal作为key，使用我们设置的value作为value

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

为什么需要数组呢？
一个线程可以有多个TreadLocal来存放不同变量，但是他们都会放到当前线程的ThreadLocalMap里，所以肯定要数组来存。但是这里ThreadLocalMap和我们以前用的hashmap不一样，它是怎么解决哈希冲突的呢。

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {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)]) {ThreadLocal<?> k = e.get();if (k == key) {e.value = value;return;}if (k == null) {replaceStaleEntry(key, value, i);return;}}tab[i] = new Entry(key, value);int sz = ++size;if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)rehash();}

从上我们可以看到，ThreadLocalMap在存储的时候会给每一个ThreadLocal对象一个threadLocalHashCode。在插入过程中，根据ThreadLocal对象的hash值，定位到table中的位置i。如果当前位置是空的，就初始化一个Entry对象放在位置i上。如果位置i不为空，如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key，那么就刷新Entry中的value。如果位置i的不为空，而且key不等于entry，那就找下一个空位置，直到为空为止。

在get的时候，也会根据ThreadLocal对象的hash值，定位到table中的位置，然后判断该位置Entry对象中的key是否和get的key一致，如果不一致，就判断下一个位置，set和get如果冲突严重的话，效率还是很低的。

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);Entry e = table[i];if (e != null && e.get() == key)return e;elsereturn getEntryAfterMiss(key, i, e);}private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;
// get的时候一样是根据ThreadLocal获取到table的i值，然后查找数据拿到后会对比key是否相等  if (e != null && e.get() == key)。while (e != null) {ThreadLocal<?> k = e.get();// 相等就直接返回，不相等就继续查找，找到相等位置。if (k == key)return e;if (k == null)expungeStaleEntry(i);elsei = nextIndex(i, len);e = tab[i];}return null;}

3、ThreadLocal只能当前线程可见吗

使用InheritableThreadLocal可以实现多个线程访问ThreadLocal的值，我们在主线程中创建一个InheritableThreadLocal的实例，然后在子线程中得到这个InheritableThreadLocal实例设置的值。

三、ThreadLocal的内存泄漏

ThreadLocal在保存的时候会把自己当做Key存在ThreadLocalMap中，ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用。
关于弱引用是这样介绍的

只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期，在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

如果这个对象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的时候必然会被清理掉。所以如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候会被清理掉的。这样一来 ThreadLocalMap中使用这个 ThreadLocal 的 key 也会被清理掉。但是，value 是强引用，不会被清理，这样一来就会出现 key 为 null 的 value。

ThreadLocal其实是与线程绑定的一个变量，如果没有将ThreadLocal内的变量删除（remove）或替换，它的生命周期将会与线程共存。比如线程池里面的线程，线程都是复用的，那么之前的线程实例处理完之后，出于复用的目的线程依然存活，所以，ThreadLocal设定的value值被持有，导致内存泄露。

想要解决这个问题，在代码的最后使用remove()方法就好了。remove方法就是找到对应的值全部置空，这样在垃圾回收器回收的时候，会自动把他们回收掉。

那为什么要把key设置成弱引用呢

在上面ThreadLocalMap 中的set/getEntry 方法中，会对 key 为 null（也即是 ThreadLocal 为 null ）进行判断，如果为 null 的话，那么会把 value 置为 null 的。这就意味着当前线程依然运行的前提下．就算忘记调用 remove 方法，弱引用比强引用可以多一层保障，从而避免内存泄漏。

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