前言

面試的時(shí)候被問(wèn)到ThreadLocal的相關(guān)知識(shí)，沒(méi)有回答好（奶奶的，現(xiàn)在感覺(jué)問(wèn)啥都能被問(wèn)倒），所以我決定先解決這幾次面試中都遇到的高頻問(wèn)題，把這幾個(gè)硬骨頭都能理解的透徹的說(shuō)出來(lái)了，感覺(jué)最起碼不能總是一輪游。

ThreadLocal介紹

ThreadLocal是JDK1.2開(kāi)始就提供的一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)線程本地變量的類(lèi)。ThreadLocal中的變量是在每個(gè)線程中獨(dú)立存在的，當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)ThreadLocal中的變量的時(shí)候，其實(shí)都是訪問(wèn)的自己當(dāng)前線程的內(nèi)存中的變量，從而保證的變量的線程安全。

我們一般在使用ThreadLocal的時(shí)候都是為了解決線程中存在的變量競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。其實(shí)解決這類(lèi)問(wèn)題，通常大家也會(huì)想到使用synchronized來(lái)加鎖解決。

例如在解決SimpleDateFormat的線程安全的時(shí)候。SimpleDateFormat是非線程安全的，它里面無(wú)論的是format()方法還是parse()方法，都有使用它自己內(nèi)部的一個(gè)Calendar類(lèi)的對(duì)象，format方法是設(shè)置時(shí)間，parse()方法里面是先調(diào)用Calendar的clear()方法，然后又調(diào)用了Calendar的set()方法（賦值），如果一個(gè)線程剛調(diào)用了set()進(jìn)行賦值，這個(gè)時(shí)候又來(lái)了一個(gè)線程直接調(diào)用了clear()方法，那么這個(gè)parse()方法執(zhí)行的結(jié)果就會(huì)有問(wèn)題的。

解決辦法一
將使用SimpleDateformat的方法加上synchronized，這樣雖然保證了線程安全，但卻降低了效率，同一時(shí)間只有一個(gè)線程能使用格式化時(shí)間的方法。

private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

public static synchronized String formatDate(Date date){
  return simpleDateFormat.format(date);
}

解決辦法二
將SimpleDateFormat的對(duì)象，放到ThreadLocal里面，這樣每個(gè)線程中都有一個(gè)自己的格式對(duì)象的副本了?；ゲ桓蓴_，從而保證了線程安全。

private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> simpleDateFormatThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));

public static String formatDate(Date date){
  return simpleDateFormatThreadLocal.get().format(date);
}

ThreadLocal的原理

我們先看一下ThreadLocal是怎么使用的。

ThreadLocal<Integer> threadLocal99 = new ThreadLocal<Integer>();
threadLocal99.set(3);
int num = threadLocal99.get();
System.out.println("數(shù)字:"+num);
threadLocal99.remove();
System.out.println("數(shù)字Empty:"+threadLocal99.get());

運(yùn)行結(jié)果：

數(shù)字:3
數(shù)字Empty:null

使用起來(lái)很簡(jiǎn)單，主要是將變量放到ThreadLocal里面，在線程執(zhí)行過(guò)程中就可以取到，當(dāng)執(zhí)行完成后在remove掉就可以了，只要沒(méi)有調(diào)用remove()當(dāng)前線程在執(zhí)行過(guò)程中都是可以拿到變量數(shù)據(jù)的。
因?yàn)槭欠诺搅水?dāng)前執(zhí)行的線程中，所以ThreadLocal中的變量值只能當(dāng)前線程來(lái)使用，從而保證的了線程安全（當(dāng)前線程的子線程其實(shí)也是可以獲取到的）。

來(lái)看一下ThreadLocal的set()方法源碼

public void set(T value) {
  // 獲取當(dāng)前線程
  Thread t = Thread.currentThread();
  // 獲取ThreadLocalMap
  ThreadLocal.ThreadLocalMap map = getMap(t);
  // ThreadLocalMap 對(duì)象是否為空，不為空則直接將數(shù)據(jù)放入到ThreadLocalMap中
  if (map != null)
    map.set(this, value);
  else
    createMap(t, value); // ThreadLocalMap對(duì)象為空，則先創(chuàng)建對(duì)象，再賦值。
}

我們看到變量都是存放在了ThreadLocalMap這個(gè)變量中的。那么ThreadLocalMap又是怎么來(lái)的呢？

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;
  ... ...
}

通過(guò)上面的源碼，我們發(fā)現(xiàn)ThreadLocalMap變量是當(dāng)前執(zhí)行線程中的一個(gè)變量，所以說(shuō)，ThreadLocal中存放的數(shù)據(jù)其實(shí)都是放到了當(dāng)前執(zhí)行線程中的一個(gè)變量里面了。也就是存儲(chǔ)在了當(dāng)前的線程對(duì)象里了，別的線程里面是另一個(gè)線程對(duì)象了，拿不到其他線程對(duì)象中的數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)自然就隔離開(kāi)了。

那么ThreadLocalMap是怎么存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的呢？
ThreadLocalMap 是ThreadLocal類(lèi)里的一個(gè)內(nèi)部類(lèi)，雖然類(lèi)的名字上帶著Map但卻沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Map接口，只是結(jié)構(gòu)和Map類(lèi)似而已。

ThreadLocalMap內(nèi)部其實(shí)是一個(gè)Entry數(shù)組，Entry是ThreadLocalMap中的一個(gè)內(nèi)部類(lèi)，繼承自WeakReference，并將ThreadLocal類(lèi)型的對(duì)象設(shè)置為了Entry的Key，以及對(duì)Key設(shè)置成弱引用。
ThreadLocalMap的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就大概是這樣的key,value組成的Entry的數(shù)組集合。

和真正的Map還是有區(qū)別的，沒(méi)有鏈表了，這樣在解決key的hash沖突的時(shí)候措施肯定就和HashMap不一樣了。
一個(gè)線程中是可以創(chuàng)建多個(gè)ThreadLocal對(duì)象的，多個(gè)ThreadLocal對(duì)象就會(huì)存放多個(gè)數(shù)據(jù)，那么在ThreadLocalMap中就會(huì)以數(shù)組的形式存放這些數(shù)據(jù)。
我們來(lái)看一下具體的ThreadLocalMap的set()方法的源碼

/**
 * Set the value associated with key.
 * @param key the thread local object
 * @param value the value to be set
 */
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

  // We don't use a fast path as with get() because it is at
  // least as common to use set() to create new entries as
  // it is to replace existing ones, in which case, a fast
  // path would fail more often than not.

  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  // 定位在數(shù)組中的位置
  int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

  for (Entry e = tab[i];
     e != null;
     e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
    ThreadLocal<?> k = e.get();
    // 如果當(dāng)前位置不為空，并且當(dāng)前位置的key和傳過(guò)來(lái)的key相等，那么就會(huì)覆蓋當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)
    if (k == key) {
      e.value = value;
      return;
    }
    // 如果當(dāng)前位置為空，則初始化一個(gè)Entry對(duì)象，放到當(dāng)前位置。
    if (k == null) {
      replaceStaleEntry(key, value, i);
      return;
    }
  }
  // 如果當(dāng)前位置不為空，并且當(dāng)前位置的key也不等于要賦值的key ，那么將去找下一個(gè)空位置，直接將數(shù)據(jù)放到下一個(gè)空位置處。
  tab[i] = new Entry(key, value);
  int sz = ++size;
  if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
    rehash();
}

我們從set()方法中可以看到，處理邏輯有四步。

• 第一步先根據(jù)Threadlocal對(duì)象的hashcode和數(shù)組長(zhǎng)度做與運(yùn)算獲取數(shù)據(jù)應(yīng)該放在當(dāng)前數(shù)組中的位置。
• 第二步就是判斷當(dāng)前位置是否為空，為空的話(huà)就直接初始化一個(gè)Entry對(duì)象，放到當(dāng)前位置。
• 第三步如果當(dāng)前位置不為空，而當(dāng)前位置的Entry中的key和傳過(guò)來(lái)的key一樣，那么直接覆蓋掉當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)。
• 第四步如果當(dāng)前位置不為空，并且當(dāng)前位置的Entry中的key和傳過(guò)來(lái)的key
• 也不一樣，那么就會(huì)去找下一個(gè)空位置，然后將數(shù)據(jù)存放到空位置（數(shù)組超過(guò)長(zhǎng)度后，會(huì)執(zhí)行擴(kuò)容的）；

在get的時(shí)候也是類(lèi)似的邏輯，先通過(guò)傳入的ThreadLocal的hashcode獲取在Entry數(shù)組中的位置，然后拿當(dāng)前位置的Entry的Key和傳入的ThreadLocal對(duì)比，相等的話(huà)，直接把數(shù)據(jù)返回，如果不相等就去判斷和數(shù)組中的下一個(gè)值的key是否相等。。。

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
  int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
  Entry e = table[i];
  if (e != null && e.get() == key)
    return e;
  else
    return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

/**
 * Version of getEntry method for use when key is not found in
 * its direct hash slot.
 *
 * @param key the thread local object
 * @param i the table index for key's hash code
 * @param e the entry at table[i]
 * @return the entry associated with key, or null if no such
 */
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;

  while (e != null) {
    ThreadLocal<?> k = e.get();
    if (k == key)
      return e;
    if (k == null)
      expungeStaleEntry(i);
    else
      i = nextIndex(i, len);
    e = tab[i];
  }
  return null;
}

我們上文一直說(shuō)，ThreadLocal是保存在單個(gè)線程中的數(shù)據(jù)，每個(gè)線程都有自己的數(shù)據(jù)，但是實(shí)際ThreadLocal里面的真正的對(duì)象數(shù)據(jù)，其實(shí)是保存在堆里面的，而線程里面只是存儲(chǔ)了對(duì)象的引用而已。
并且我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候通常需要在上一個(gè)線程執(zhí)行的方法的上下文共享ThreadLocal中的變量。
例如我的主線程是在某個(gè)方法中執(zhí)行代碼呢，但是這個(gè)方法中有一段代碼時(shí)新創(chuàng)建了一個(gè)線程，在這個(gè)線程里面還使用了我這個(gè)正在執(zhí)行的方法里面的定義的ThreadLocal里面的變量。這個(gè)時(shí)候，就是需要從新線程里面調(diào)用外面線程的數(shù)據(jù)，這個(gè)就需要線程間共享了。這種子父線程共享數(shù)據(jù)的情況，ThreadLocal也是支持的。
例如：

 ThreadLocal threadLocalMain = new InheritableThreadLocal();
 threadLocalMain.set("主線程變量");
 Thread t = new Thread() {
   @Override
   public void run() {
     super.run();
     System.out.println( "現(xiàn)在獲取的變量是 =" + threadLocalMain.get());
   }
 };
 t.start();

運(yùn)行結(jié)果：

現(xiàn)在獲取的變量是 =主線程變量

上面這樣的代碼就能實(shí)現(xiàn)子父線程共享數(shù)據(jù)的情況，重點(diǎn)是使用InheritableThreadLocal來(lái)實(shí)現(xiàn)的共享。
那么它是怎么實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的呢？
在Thread類(lèi)的init()方法中有這么一段代碼：

if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
      this.inheritableThreadLocals =ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);

這段代碼的意思是，在創(chuàng)建線程的時(shí)候，如果當(dāng)前線程的inheritThreadLocals變量和父線程的inheritThreadLocals變量都不為空的時(shí)候，會(huì)將父線程的inheritThreadLocals變量中的數(shù)據(jù)，賦給當(dāng)前線程中的inheritThreadLocals變量。

ThreadLocal的內(nèi)存泄漏問(wèn)題
上文我們也提到過(guò)，ThreadLocal中的ThreadLocalMap里面的Entry對(duì)象是繼承自WeakReference類(lèi)的，說(shuō)明Entry的key是一個(gè)弱引用。

弱引用是用來(lái)描述那些非必須的對(duì)象，弱引用的對(duì)象，只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生為止。當(dāng)垃圾收集器開(kāi)始工作，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。

這個(gè)弱引用還是ThreadLocal對(duì)象本身，所以一般在線程執(zhí)行完成后，ThreadLocal對(duì)象就會(huì)變成null了，而為null的弱引用對(duì)象，在下一次GC的時(shí)候就會(huì)被清除掉，這樣Entry的Key的內(nèi)存空間就被釋放出來(lái)了，但是Entry的value還在占用的內(nèi)存，如果線程是被復(fù)用的（例如線程池中的線程），那么這里面的value值就會(huì)越來(lái)越多，最終就導(dǎo)致了內(nèi)存泄漏。

防止內(nèi)存泄漏的辦法就是在每次使用完ThreadLocal的時(shí)候都去執(zhí)行以下remove()方法，就可以把key和value的空間都釋放了。

那既然容易產(chǎn)生內(nèi)存泄漏，為什么還要設(shè)置成弱引用的呢？
如果正常情況下應(yīng)該是強(qiáng)引用，但是強(qiáng)引用只要引用關(guān)系還在就一直不會(huì)被回收，所以如果線程被復(fù)用了，那么Entry中的Key和Value都不會(huì)被回收，這樣就造成了Key和Value都會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏了。

以上就是Java中ThreadLocal的一些理解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java ThreadLocal的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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