简析ThreadLocal原理及应用

原创：东晨雨 JAVA万维猿圈 4月17日

ThreadLocal的源码加上注释不超过八百行，源码结构清晰，代码也比较简洁。ThreadLocal可以说是Java中解决多线程数据共享问题方案中的一股清流，该方案为每个线程分配一个独立的变量副本，各个线程之间的变量互不干扰。下面一起来看看吧：

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ThreadLocal的定义与理解

定义和特点：

ThreadLocal顾名思义可以理解为线程本地变量，ThreadLocal将变量的各个副本值保存在各个线程Thread，Thread对象实例采用ThreadLocalMap数据结构来存储副本值。每个线程往这个ThreadLocal中读写是线程隔离，一种将可变数据通过每个线程有自己的独立副本从而实现线程封闭的机制。

适用场景：

(1) 当很多线程需要多次使用同一个对象，并且需要该对象具有相同初始化值；

(2) 适用于资源共享但不需要维护状态的情况，也就是一个线程对资源的修改，不影响另一个线程的运行；

(3) 基于ThreadLocal实现线程安全是采用"空间换时间"，synchronized顺序执行是"时间换取空间"。

ThreadLocal方法及使用示例：

ThreadLocal与其内部类ThreadLocalMap以及线程类Thread联系紧密，为了分析ThreadLocal类的工作原理，先介绍该类的所有方法(JDK 1.8)：

该类的核心方法包括4个：

(1) protected T initialValue()

(2) public T get()

先获取当前线程的thread对象，再获取thread对象的threadLocalMap对象，然后根据当前的threadLocal对象取得table数组对应下标的Entry对象；
如果Thread对象的ThreadLocalMap为空的话，就调用setInitialValue方法，该方法初始化map并且放入null ( initialValue的返回值为null )，可以通过覆盖该方法修改没有set时的初始值。

(3) public void set( T value)

先调用Thread类的静态方法获得当前线程的Thread对象，每个线程对应的Thread对象都有一个ThreadLocalMap对象的引用；
获得当前线程的ThreadLocalMap对象；
如果不为空就调用set方法，如果为空就调用createMap方法，传入参数为ThreadLocalMap为空的Thread对象和T类型的firstValue。

(4) public void remove()

先获取当前线程的Map对象；
调用Map的remove方法，删除entry。

ThreadLocal使用注意事项

1、ThreadLoca对象是一个弱引用

ThreadLocalMap中的节点Entry继承了WeakReference类，定义了一个类型为Object的value，用于存放塞到ThreadLocal里的值。如果这里使用普通的key-value形式来定义存储结构，实质上就会造成节点的生命周期与线程强绑定，只要线程没有销毁，那么节点在GC分析中一直处于可达状态，没办法被回收，而程序本身也无法判断是否可以清理节点。ThreadLocal对象是一个继承自WeakReference的弱引用，当把ThreadLocal的实例置为空以后，没有任何强引用指向ThreadLocal的实例，所以ThreadLocal的将会被GC回收。生命周期只存活到下次GC前，可降低内存泄漏的风险。

2、ThreadLocal与内存泄漏

ThreadLocal对象是具有弱引用特点，虽然在一定程度上降低了内存泄漏的风险，但是在有线程复用如线程池的场景中，一个线程的寿命很长，大对象长期不被回收影响系统运行效率与安全，那么就存在一条强引用链的关系一直存在：Thread --> ThreadLocalMap-->Entry-->Value，最终造成内存泄漏。

如何避免内存泄漏：

调用ThreadLocal的get()、set()方法时完成后再调用remove方法，将Entry节点和Map的引用关系移除，这样整个Entry对象在GC Roots分析后就变成不可达了，下次GC的时候就可以被回收。

3、哈希冲突怎么解决

ThreadLocalMap中解决哈希冲突的方式并非链表的方式，而是采用线性探测的方式，具体来说，就是简单的步长加1或减1，寻找下一个相邻的位置。