Java并发编程：深入剖析ThreadLocal （总结）

ThreadLocal好处

Java并发编程的艺术解释好处是：get和set方法的调用可以不用在同一个方法或者同一个类中。

问答形式总结：

1、 ThreadLocal类的作用

　　ThreadLocal的作用是提供线程内的局部变量，这种变量在多线程环境下访问时能够保证各个线程里变量的独立性。

　　ThreadLocal用于保存某个线程共享变量：对于同一个static ThreadLocal，不同线程只能从中get，set，remove自己的变量，而不会影响其他线程的变量。

　　1、ThreadLocal.get: 获取ThreadLocal中当前线程共享变量的值。

　　2、ThreadLocal.set: 设置ThreadLocal中当前线程共享变量的值。

　　3、ThreadLocal.remove: 移除ThreadLocal中当前线程共享变量的值。

　　4、ThreadLocal.initialValue: ThreadLocal没有被当前线程赋值时或当前线程刚调用remove方法后调用get方法，返回此方法值。

2、 ThreadLocal原理，ThreadLocal是如何实现的？

　     首先，在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）。

　　初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。

　　然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

总结一下：

　　1）实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；

　　2）为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量，就像上面代码中的longLocal和stringLocal；

　　3）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；

　　    如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialValue()方法。

　　　 因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一个语句是T value = initialValue()， 而默认情况下，initialValue方法返回的是null。

3、 ThreadLocal的使用场景

最常见的ThreadLocal使用场景为 用来解决 数据库连接、Session管理等。

　　如：

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
    public Connection initialValue() {
        return DriverManager.getConnection(DB_URL);
    }
};

    public static Connection getConnection() {
    return connectionHolder.get();
   }

　下面这段代码摘自：

　　http://www.iteye.com/topic/103804

private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();

public static Session getSession() throws InfrastructureException {
    Session s = (Session) threadSession.get();
    try {
        if (s == null) {
            s = getSessionFactory().openSession();
            threadSession.set(s);
        }
    } catch (HibernateException ex) {
        throw new InfrastructureException(ex);
    }
    return s;
}

4、 常说的ThreadLocal内存泄漏问题：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {

/** The value associated with this ThreadLocal. */

Object value;

Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {

   super(k);

   value = v;

  }

}

从上面源码可以看出，ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为Entry的key，如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，下一次系统GC时，这个ThreadLocal必然会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value。

我们上面介绍的get、set、remove等方法中，都会对key为null的Entry进行清除（expungeStaleEntry方法，将Entry的value清空，等下一次垃圾回收时，这些Entry将会被彻底回收）。

但是如果当前线程一直在运行，并且一直不执行get、set、remove方法，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用练：Thread Ref -> Thread -> ThreadLocalMap -> Entry -> value，导致这些key为null的Entry的value永远无法回收，造成内存泄漏。  

   如何避免内存泄漏？

为了避免这种情况，我们可以在使用完ThreadLocal后，手动调用remove方法，以避免出现内存泄漏。

5、其他总结

总结：

1. 每个线程都有一个ThreadLocalMap 类型的 threadLocals 属性。
2. ThreadLocalMap 类相当于一个Map，key 是 ThreadLocal 本身，value 就是我们的值。
3. 当我们通过 threadLocal.set(new Integer(123)); ，我们就会在这个线程中的 threadLocals 属性中放入一个键值对，key 是 这个 threadLocal.set(new Integer(123))的threadlocal，value 就是值new Integer(123)。
4. 当我们通过 threadlocal.get() 方法的时候，首先会根据这个线程得到这个线程的 threadLocals 属性，然后由于这个属性放的是键值对，我们就可以根据键 threadlocal 拿到值。 注意，这时候这个键 threadlocal 和 我们 set 方法的时候的那个键 threadlocal 是一样的，所以我们能够拿到相同的值。
5. ThreadLocalMap 的get/set/remove方法跟HashMap的内部实现都基本一样，通过 "key.threadLocalHashCode & (table.length - 1)" 运算式计算得到我们想要找的索引位置，如果该索引位置的键值对不是我们要找的，则通过nextIndex方法计算下一个索引位置，直到找到目标键值对或者为空。
6. hash冲突：在HashMap中相同索引位置的元素以链表形式保存在同一个索引位置；而在ThreadLocalMap中，没有使用链表的数据结构，而是将（当前的索引位置+1）对length取模的结果作为相同索引元素的位置：源码中的nextIndex方法，可以表达成如下公式：如果i为当前索引位置，则下一个索引位置 = (i + 1 < len) ? i + 1 : 0。

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参考文章：

1、 Java并发：ThreadLocal详解 （JoonWhee）

2、Java并发编程：深入剖析ThreadLocal （海子）