ThreadLocal是什么
ThreadLocal是一個本地線程副本變量工具類。主要用于將私有線程和該線程存放的副本對象做一個映射，各個線程之間的變量互不干擾依啰，在高并發(fā)場景下奋献，可以實現(xiàn)無狀態(tài)的調(diào)用，特別適用于各個線程依賴不通的變量值完成操作的場景凡傅。
從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手
下圖為ThreadLocal的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
從上面的結(jié)構(gòu)圖辟狈，我們已經(jīng)窺見ThreadLocal的核心機(jī)制：
- 每個Thread線程內(nèi)部都有一個Map。
- Map里面存儲線程本地對象（key）和線程的變量副本（value）
- 但是夏跷，Thread內(nèi)部的Map是由ThreadLocal維護(hù)的哼转，由ThreadLocal負(fù)責(zé)向map獲取和設(shè)置線程的變量值。
所以對于不同的線程槽华，每次獲取副本值時壹蔓，別的線程并不能獲取到當(dāng)前線程的副本值，形成了副本的隔離猫态，互不干擾佣蓉。
Thread線程內(nèi)部的Map在類中描述如下：
public class Thread implements Runnable {
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}
深入解析ThreadLocal
ThreadLocal類提供如下幾個核心方法：
public T get()
public void set(T value)
public void remove()
- get()方法用于獲取當(dāng)前線程的副本變量值披摄。
- set()方法用于保存當(dāng)前線程的副本變量值。
- initialValue()為當(dāng)前線程初始副本變量值勇凭。
- remove()方法移除當(dāng)前前程的副本變量值疚膊。
get()方法
/**
* Returns the value in the current thread's copy of this
* thread-local variable. If the variable has no value for the
* current thread, it is first initialized to the value returned
* by an invocation of the {@link #initialValue} method.
*
* @return the current thread's value of this thread-local
*/
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
}
return setInitialValue();
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
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);
return value;
}
protected T initialValue() {
return null;
}
步驟：
1.獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap對象threadLocals
2.從map中獲取線程存儲的K-V Entry節(jié)點(diǎn)。
3.從Entry節(jié)點(diǎn)獲取存儲的Value副本值返回虾标。
4.map為空的話返回初始值null酿联，即線程變量副本為null，在使用時需要注意判斷NullPointerException夺巩。
set()方法
/**
* Sets the current thread's copy of this thread-local variable
* to the specified value. Most subclasses will have no need to
* override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
* method to set the values of thread-locals.
*
* @param value the value to be stored in the current thread's copy of
* this thread-local.
*/
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
步驟：
1.獲取當(dāng)前線程的成員變量map
2.map非空贞让，則重新將ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
3.map空柳譬，則對線程的成員變量ThreadLocalMap進(jìn)行初始化創(chuàng)建喳张，并將ThreadLocal和value副本放入map中。
remove()方法
/**
* Removes the current thread's value for this thread-local
* variable. If this thread-local variable is subsequently
* {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be
* reinitialized by invoking its {@link #initialValue} method,
* unless its value is {@linkplain #set set} by the current thread
* in the interim. This may result in multiple invocations of the
* <tt>initialValue</tt> method in the current thread.
*
* @since 1.5
*/
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
remove方法比較簡單美澳，不做贅述销部。
ThreadLocalMap
ThreadLocalMap是ThreadLocal的內(nèi)部類，沒有實現(xiàn)Map接口制跟，用獨(dú)立的方式實現(xiàn)了Map的功能舅桩，其內(nèi)部的Entry也獨(dú)立實現(xiàn)。
[圖片上傳失敗...(image-68b030-1545471941096)]
在ThreadLocalMap中雨膨，也是用Entry來保存K-V結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的擂涛。但是Entry中key只能是ThreadLocal對象，這點(diǎn)被Entry的構(gòu)造方法已經(jīng)限定死了聊记。
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
Entry繼承自WeakReference（弱引用撒妈，生命周期只能存活到下次GC前），但只有Key是弱引用類型的排监，Value并非弱引用狰右。
ThreadLocalMap的成員變量：
static class ThreadLocalMap {
/**
* The initial capacity -- MUST be a power of two.
*/
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* The table, resized as necessary.
* table.length MUST always be a power of two.
*/
private Entry[] table;
/**
* The number of entries in the table.
*/
private int size = 0;
/**
* The next size value at which to resize.
*/
private int threshold; // Default to 0
}
Hash沖突怎么解決
和HashMap的最大的不同在于，ThreadLocalMap結(jié)構(gòu)非常簡單舆床，沒有next引用棋蚌，也就是說ThreadLocalMap中解決Hash沖突的方式并非鏈表的方式，而是采用線性探測的方式挨队，所謂線性探測谷暮，就是根據(jù)初始key的hashcode值確定元素在table數(shù)組中的位置，如果發(fā)現(xiàn)這個位置上已經(jīng)有其他key值的元素被占用瞒瘸，則利用固定的算法尋找一定步長的下個位置坷备，依次判斷，直至找到能夠存放的位置情臭。
ThreadLocalMap解決Hash沖突的方式就是簡單的步長加1或減1省撑，尋找下一個相鄰的位置赌蔑。
/**
* Increment i modulo len.
*/
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
/**
* Decrement i modulo len.
*/
private static int prevIndex(int i, int len) {
return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
}
顯然ThreadLocalMap采用線性探測的方式解決Hash沖突的效率很低，如果有大量不同的ThreadLocal對象放入map中時發(fā)送沖突竟秫，或者發(fā)生二次沖突娃惯，則效率很低。
所以這里引出的良好建議是：每個線程只存一個變量肥败，這樣的話所有的線程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal趾浅，如果一個線程要保存多個變量，就需要創(chuàng)建多個ThreadLocal馒稍，多個ThreadLocal放入Map中時會極大的增加Hash沖突的可能皿哨。
ThreadLocalMap的問題
由于ThreadLocalMap的key是弱引用，而Value是強(qiáng)引用纽谒。這就導(dǎo)致了一個問題证膨，ThreadLocal在沒有外部對象強(qiáng)引用時，發(fā)生GC時弱引用Key會被回收鼓黔，而Value不會回收央勒，如果創(chuàng)建ThreadLocal的線程一直持續(xù)運(yùn)行，那么這個Entry對象中的value就有可能一直得不到回收澳化，發(fā)生內(nèi)存泄露崔步。
如何避免泄漏
既然Key是弱引用，那么我們要做的事缎谷，就是在調(diào)用ThreadLocal的get()井濒、set()方法時完成后再調(diào)用remove方法，將Entry節(jié)點(diǎn)和Map的引用關(guān)系移除慎陵，這樣整個Entry對象在GC Roots分析后就變成不可達(dá)了眼虱，下次GC的時候就可以被回收。
如果使用ThreadLocal的set方法之后席纽，沒有顯示的調(diào)用remove方法，就有可能發(fā)生內(nèi)存泄露撞蚕，所以養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣十分重要润梯，使用完ThreadLocal之后，記得調(diào)用remove方法甥厦。
ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>();
try {
threadLocal.set(new Session(1, "Misout的博客"));
// 其它業(yè)務(wù)邏輯
} finally {
threadLocal.remove();
}
應(yīng)用場景
還記得Hibernate的session獲取場景嗎纺铭？
private static final ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>();
//獲取Session
public static Session getCurrentSession(){
Session session = threadLocal.get();
//判斷Session是否為空，如果為空刀疙，將創(chuàng)建一個session舶赔，并設(shè)置到本地線程變量中
try {
if(session ==null&&!session.isOpen()){
if(sessionFactory==null){
rbuildSessionFactory();// 創(chuàng)建Hibernate的SessionFactory
}else{
session = sessionFactory.openSession();
}
}
threadLocal.set(session);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
return session;
}
為什么？每個線程訪問數(shù)據(jù)庫都應(yīng)當(dāng)是一個獨(dú)立的Session會話谦秧，如果多個線程共享同一個Session會話竟纳，有可能其他線程關(guān)閉連接了撵溃，當(dāng)前線程再執(zhí)行提交時就會出現(xiàn)會話已關(guān)閉的異常，導(dǎo)致系統(tǒng)異常锥累。此方式能避免線程爭搶Session缘挑，提高并發(fā)下的安全性。
使用ThreadLocal的典型場景正如上面的數(shù)據(jù)庫連接管理桶略，線程會話管理等場景语淘，只適用于獨(dú)立變量副本的情況，如果變量為全局共享的际歼，則不適用在高并發(fā)下使用惶翻。
總結(jié)
- 每個ThreadLocal只能保存一個變量副本，如果想要上線一個線程能夠保存多個副本以上鹅心，就需要創(chuàng)建多個ThreadLocal吕粗。
- ThreadLocal內(nèi)部的ThreadLocalMap鍵為弱引用，會有內(nèi)存泄漏的風(fēng)險巴帮。
- 適用于無狀態(tài)溯泣，副本變量獨(dú)立后不影響業(yè)務(wù)邏輯的高并發(fā)場景。如果如果業(yè)務(wù)邏輯強(qiáng)依賴于副本變量榕茧，則不適合用ThreadLocal解決垃沦，需要另尋解決方案。
