解剖ThreadLocal

提供线程内的局部变量，不同线程之间不会互相干扰，这种变量在线程的生命周期内作用，减少同一个线程内多个方法或组件之间一些公共变量传递的复杂度。

1.1、常用方法

方法声明	描述
ThreadLocal()	创建threadLocal对象
public void set(T value)	设置当前线程绑定的局部变量
public T get()	获取当前线程绑定的局部变量
public void remove()	移除当前线程绑定的局部变量

1.2、应用场景

• Spring多数据源配置的切换。

• Spring事务注解的实现。

• 如果开发者希望将类的某个静态变量与线程状态关联，可以考虑使用ThreadLocal。ThreadLocal的设计本身就是为了能够在当前线程中有属于自己的变量，并不是为了解决并发或者共享变量的问题。

1.3、ThreadLocal与Synchronized关键字

	synchronized	ThreadLocal
原理	同步机制采用以时间换空间的方式，只提供了一份变量，让不同的线程排队访问。	ThreadLocal采用以空间换时间的方式，为每一个线程都提供了一份变量的副本，从而实现同时访问而互不干扰。
侧重点	多个线程之间访问资源同步。	多线程中让每个线程之间的数据相互隔离。

1.4、内部结构

• 早期的设计：每个ThreadLocal都创建一个ThreadLocalMap，线程作为map的key，线程的私有变量作为map的value。

  

• 当前的设计：在JDK8中，每个线程中维护一个ThreadLocalMap，ThreadLocal实例作为map的key，线程的私有变量作为map的value。

  

  具体过程：

  1. 每个Thread线程内部都有一个ThreadLocalMap。

  2. map里key为ThreadLocal对象，value是变量值。

  3. Thread内部的map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程私有变量值。

  4. 对于不同的线程，每次获取value（也就是变量值），别的线程并不能获取当前线程的变量值，形成了变量的隔离，互不干扰。

对比图：

 

 

 

如今设计的好处:

1. 每个ThreadLocalMap存储的Entry数量变少。

2. 当线程销毁的时候，ThreadLocalMap也会随之销毁，减少内存的使用。（之前以Thread为key会导致ThreadLocalMap的生命周期很长）

1.4.1、小结

• 早期版本中ThreadLocalMap是由ThreadLocal维护的，map中key为线程实例，value为线程的私有变量；

• 现在的版本中ThreadLocalMap是由线程维护的，map中的key为ThreadLocal实例，value为线程的私有变量。

• 这样的设计既减少了ThreadLocalMap存储的Entry的数量，又因为ThreadLocalMap会随着与之相关的线程销毁而销毁，而解决了原本因为过长生命周期的ThreadLocalMap占用内存的开销。

1.5、源码分析

1.5.1、ThreadLocal源码

• initialValue()方法：

   protected T initialValue() {
       return null;
   }

• setInitialValue()方法：

   private T setInitialValue() {
       T value = initialValue();
       Thread t = Thread.currentThread();
       ThreadLocalMap map = getMap(t);
       if (map != null) {
           map.set(this, value);
       } else {
           createMap(t, value);
       }
       if (this instanceof TerminatingThreadLocal) {
           TerminatingThreadLocal.register((TerminatingThreadLocal<?>) this);
       }
       return value;
   }

• createMap(Thread t, T firstValue)方法：

   void createMap(Thread t, T firstValue) {
       t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
   }

• getMap(Thread t)方法：

   ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
       return t.threadLocals;
   }

• set(T value)方法：

   public void set(T value) {
       Thread t = Thread.currentThread();
       ThreadLocalMap map = getMap(t);
       if (map != null) {
           map.set(this, value);
       } else {
           createMap(t, value);
       }
   }

• get()方法：

   ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
       return t.threadLocals;
   }

• remove()方法：

   public void remove() {
       ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
       if (m != null) {
           m.remove(this);
       }
   }

1.5.2、ThreadLocalMap源码

ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类，没有实现Map接口，用独立的方式实现了Map的功能，其内部的Entry也是独立实现的。

1.6、弱引用和内存泄漏

1.6.1、术语

• 内存溢出（OOM）：是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用；比如申请了一个integer，但给它存了long才能存下的数，那就是内存溢出。

• 内存泄漏：是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内存泄露危害可以忽略，但内存泄露堆积后果很严重，无论多少内存，迟早会被占光，最终导致内存溢出。

• 强引用：使用最普遍的引用，一个对象具有强引用，不会被垃圾回收器回收。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不回收这种对象。如果想取消强引用和某个对象之间的关联，可以显式地将引用赋值为null，这样可以使JVM在合适的时间就会回收该对象。

• 弱引用：JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。可以在缓存中使用弱引用。

1.6.2、分析

ThreadLocal自身并不储存值，而是作为一个key来让线程从ThreadLocal获取value（就是从对应的key中取出value）。Entry是中的key是弱引用，所以jvm在垃圾回收时如果外部没有强引用来引用它，ThreadLocal必然会被回收（key被回收）。但是，作为ThreadLocalMap的key，ThreadLocal被回收后，ThreadLocalMap就会存在value不为null的Entry。若当前线程一直不结束，可能是作为线程池中的一员，线程结束后不被销毁，就可能引发内存泄漏。因此，key弱引用并不是导致内存泄漏的原因，而是因为ThreadLocalMap的生命周期需要当前线程销毁才结束，并且没有手动删除对应value。

Entry中的key设为弱引用的原因：设置为弱引用的key能预防大多数内存泄漏的情况。如果key 使用强引用，引用的ThreadLocal的对象被回收了，但是ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用，如果没有手动删除，ThreadLocal不会被回收，导致Entry内存泄漏。如果key为弱引用，引用的ThreadLocal的对象被回收了，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使没有手动删除，ThreadLocal也会被GC回收。value在下一次ThreadLocalMap调用set、get、remove的时候就会被清除。

使用ThreadLocal发生内存泄漏的前提是：

1. 没有手动删除Entry。

2. 线程依然保持在的情况。

根本原因就是ThreadLocalMap和Thread一样长，Thread依然存在且没有手动删除Entry中对应的key就会导致内存泄漏。

1.6.3、避免方式

避免ThreadLocal造成内存泄漏就需要在使用完之后调用remove()方法删除对应的Entry。