看到ThreadLocal的時(shí)候多少總會(huì)跟線程安全關(guān)聯(lián)在一起，因?yàn)樵诰€程安全中涉及到共享數(shù)據(jù)，但是如果不使用共享數(shù)據(jù)如何來保證線程安全呢愧杯？網(wǎng)上有文章分析說，ThreadLocal的出現(xiàn)是為了從另外的一個(gè)角度來解決線程安全的問題鞋既，以空間換時(shí)間力九，每個(gè)線程擁有一份屬于自己的數(shù)據(jù)副本，線程在運(yùn)行過程中彼此不互相打擾邑闺，進(jìn)水不犯河水跌前。
這是對(duì)ThreadLocal的一個(gè)初步感性的認(rèn)識(shí)，但是真正去理解的時(shí)候陡舅，又發(fā)現(xiàn)了ThreadLocalMap這個(gè)玩意抵乓，它到底和ThreadLocal是什么關(guān)系呢，一剛開始接觸的時(shí)候確實(shí)會(huì)半天不知道在說什么靶衍，希望本文能夠整理出一份清晰的脈絡(luò)灾炭，以饗自己和其他人。

ThreadLocal的應(yīng)用場(chǎng)景

很多時(shí)候當(dāng)我們知道知識(shí)颅眶、技術(shù)或者其他等等在什么時(shí)候會(huì)用到的時(shí)候蜈出，往往會(huì)理解的更加迅速與透徹。這一小節(jié)會(huì)給出兩個(gè)應(yīng)用案例涛酗，一個(gè)是JDK注釋文檔上的官方案例铡原，一個(gè)是借鑒的網(wǎng)上的資料。
在這之前先來看看商叹，JDK源代碼ThreadLocal類最開始的英文注釋：

This class provides thread-local variables. These variables differ from their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized copy of the variable. {@code ThreadLocal} instances are typically private static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g. a user ID or Transaction ID).

翻譯過來大概意思就是ThreadLocal提供了線程本地的變量（可以理解為數(shù)據(jù)）燕刻，不同“線程同行”有不同的變量，那怎么拿到自己的那一份呢剖笙？就是通過通過ThreadLocal對(duì)象的get方法獲取每個(gè)線程自己的數(shù)據(jù)卵洗，當(dāng)然了，設(shè)置的話通過set方法枯途。
好了忌怎，那這個(gè)ThreadLocal對(duì)象一般怎么用呢籍滴，怎么玩呢？最后一句說了榴啸，ThreadLocal實(shí)例對(duì)象一般典型的是作為一個(gè)類的私有的靜態(tài)field孽惰，與線程的一些狀態(tài)（這里的狀態(tài)是個(gè)廣義的狀態(tài)，意思應(yīng)該就是跟線程相關(guān)的數(shù)據(jù)）關(guān)系起來鸥印。更好的是官方JDK注釋給了使用案例勋功。

case x0

public class ThreadId {
    // Atomic integer containing the next thread ID to be assigned
    private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
 
    // ThreadLocal作為靜態(tài)私有變量，就是用來獲取和存儲(chǔ)每個(gè)線程自己的線程ID库说，幫你屏蔽了內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)狂鞋，壓根不用管為什么每個(gè)線程能獲取到自己的不同ID。
    private static final ThreadLocal<Integer> threadId = new ThreadLocal<Integer>() {
        //第一次get時(shí)候潜的，會(huì)默認(rèn)調(diào)用該方法初始化,暫時(shí)不理解沒關(guān)系骚揍，你可以當(dāng)成是默認(rèn)值，后面會(huì)繼續(xù)從源碼角度分析啰挪。
        protected Integer initialValue() {
            return nextId.getAndIncrement();
        }
    };
 
    // Returns the current thread's unique ID, assigning it if necessary
    public static int get() {
          return threadId.get();
    }
    //還可以實(shí)現(xiàn)set方法信不，手動(dòng)設(shè)置線程本地變量
}

這個(gè)官方給出的案例，相當(dāng)于ThreadId類包裹了ThreadLocal亡呵，給我們提供了一種方便的獲取和設(shè)置線程本地?cái)?shù)據(jù)的途徑抽活。

case x1

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;

public class ConnectionManager {
    //靜態(tài)私有的ThreadLocal對(duì)象
    private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
        //設(shè)置默認(rèn)值
        @Override
        protected Connection initialValue() {
            Connection conn = null;
            try {
                Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver");
                conn = DriverManager.getConnection(
                        "jdbc:oracle:thin:@localhost:13002:orcl", "root",
                        "root");
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return conn;
        }
    };

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

    public static void setConnection(Connection conn) {
        connectionHolder.set(conn);
    }
}

按照我們前面的思路來看的話，不同的線程通過getConnection()獲取到的connection是不同的锰什，各自使用各自不同的鏈接來操作數(shù)據(jù)庫下硕，而每個(gè)線程總是會(huì)用自己一開始獲取的connection，只要這個(gè)connection不被清掉汁胆。

多個(gè)線程

我們先不管內(nèi)部實(shí)現(xiàn)梭姓，先來測(cè)試看看，用多個(gè)線程去獲取鏈接看是什么情況：

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        for (int i=0;i<10;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Connection conn=ConnectionManager.getConnection();
                    System.out.println(conn.toString());
                    try {
                        conn.close();
                    } catch (SQLException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果如下：

oracle.jdbc.driver.T4CConnection@5b51da40
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@3b0b482d
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@37acaf5
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@6f2f3e6a
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@2b7e572f
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@42d1696b
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@2b8f0eac
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@87d61dc
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@a84b73
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@747870b0

單個(gè)線程

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    Connection conn=ConnectionManager.getConnection();
                    System.out.println(conn.toString());
                    try {
                        conn.close();
                        //ConnectionManager.removeConnection();
                    } catch (SQLException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
    }

測(cè)試數(shù)據(jù)：

oracle.jdbc.driver.T4CConnection@3975fb62
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@3975fb62
oracle.jdbc.driver.T4CConnection@3975fb62

通過上面的測(cè)試正面我們前面的猜想是正確的沦泌，這樣也就實(shí)現(xiàn)了Connection對(duì)象在多個(gè)線程中的完全隔離糊昙。據(jù)說在Spring容器中管理多線程環(huán)境下的Connection對(duì)象時(shí)，采用的思路和以上代碼非常相似谢谦，但是還沒有進(jìn)行驗(yàn)證。

ThreadLocal源碼探析

get方法

在ThreadLocal的使用過程萝衩，用到的最多的就是get和set方法回挽，其實(shí)就是存取每個(gè)線程自己的本地變量數(shù)據(jù)。先看get方法的源碼是如何實(shí)現(xiàn)的：

    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        //獲得當(dāng)前這個(gè)線程自己的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

在這里我們一開始所說的ThreadLocalMap浮出水面猩谊，這個(gè)到底是什么呢千劈？其實(shí)很簡單，說白了就是當(dāng)前這個(gè)線程自己內(nèi)部的一個(gè)屬性變量threadLocals牌捷，在Thread線程類中墙牌，代碼如下：

public class Thread implements Runnable {
    ...
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

拿到這個(gè)map之后（假設(shè)已經(jīng)被初始化過不為null）涡驮，這個(gè)時(shí)候還沒結(jié)束，真正取出這個(gè)存放的值是通過this取出來的喜滨，this是什么捉捅？this在前兩個(gè)案例中就是這個(gè)靜態(tài)的私有的nextId和connectionHolder，也就是ThreadLocal對(duì)象虽风，通過它作為key棒口，在每個(gè)線程自己的ThreadLocalMap中取出了線程本地的變量值。
所以思路還是很清晰的辜膝，每個(gè)線程有個(gè)map无牵，我們?cè)陬愃朴赾onnectionManager這些類中可以定義很多個(gè)ThreadLocal對(duì)象，所以根據(jù)不同的ThreadLocal對(duì)象作為key值厂抖，可以在map拿到對(duì)應(yīng)的值茎毁。
到這兒其實(shí)get方法的分析可以結(jié)束了，但是其實(shí)可以繼續(xù)看看getEntry的構(gòu)造：

    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);
    }

setInitialValue設(shè)置默認(rèn)值

在剛才的get方法中忱辅，是假設(shè)線程所擁有的ThreadLocalMap已經(jīng)被初始化七蜘，但是如果當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用get方法時(shí)候，還沒有初始化呢耕蝉？根據(jù)上面的代碼片段可以看到是調(diào)用setInitialValue()方法崔梗，方法源代碼如下：

    private T setInitialValue() {
        //調(diào)用我們覆蓋重寫的initialValue()，返回一個(gè)默認(rèn)值
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            //創(chuàng)建一個(gè)新的ThreadLocalMap垒在，并且賦值給當(dāng)前的線程
            createMap(t, value);
        return value;
    }
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        //以this作為key值蒜魄，放進(jìn)map中
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

以上兩小節(jié)就是關(guān)于get方法的這個(gè)流程中主要代碼實(shí)現(xiàn)。

set方法

set方法就更簡單了场躯，跟setInitialValue相比就是自己手動(dòng)設(shè)置線程本地變量谈为，而不是通過默認(rèn)值的方式。

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

關(guān)于ThreadLocal是否存在內(nèi)存泄漏問題

從上面源碼分析中踢关，我們大致可以看出引用關(guān)系伞鲫，當(dāng)前線程>ThreadLocalMap>table>Entry>弱引用ThreadLocal和強(qiáng)引用value。當(dāng)線程運(yùn)行結(jié)束的時(shí)候签舞，線程對(duì)象會(huì)被回收秕脓，線程內(nèi)部的ThreadLocalMap也會(huì)被回收，table和Entry更不用說的儒搭，也會(huì)被回收吠架，因此value回收。
但是也有一種情況值得考慮搂鲫，就是當(dāng)時(shí)線程池的時(shí)候傍药，這個(gè)時(shí)候線程池里面的線程有的是經(jīng)常活躍的，就不能這么來了拐辽，具體可以參考這篇文章拣挪，博主做了一個(gè)關(guān)于用線程池的測(cè)驗(yàn)，就是在最后不使用線程本地變量的時(shí)候俱诸，通過ThreadLocal的remove方法清除變量菠劝，這樣也就解決了線程池可能存在的內(nèi)存泄漏問題。

小結(jié)

其實(shí)問題也沒我們想象的那么復(fù)雜乙埃，我們使用線程本地變量就是跟ThreadLocal打交道就行了闸英，至于ThreadLocalMap只是每個(gè)線程Thread內(nèi)部維護(hù)的一個(gè)map屬性。
內(nèi)部get實(shí)現(xiàn)的時(shí)候就是通過當(dāng)前線程拿到自己的map介袜，然后以ThreadLocal的實(shí)例為key值拿到屬于自己線程的value值甫何，就這樣了。

原文首發(fā)于博客：http://zouzls.github.io/

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