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1. ThreadLocal詳解

JDK1.2版本起，Java就提供了java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal為每個使用線程都提供獨立的變量副本，可以做到線程間的數據隔離，每個線程都可以訪問各自內部的副本變量。

線程上下文ThreadLocal又稱為"線程保險箱"，ThreadLocal能夠將指定的變量和當前線程進行綁定，線程之間彼此隔離，持有不同的對象實例，從而避免了數據資源的競爭。

2. ThreadLocal的使用場景

在進行對象跨層傳遞的時候，可以考慮ThreadLocal，避免方法多次傳遞，打破層次間的約束。
線程間數據隔離。
進行事務操作，用于儲存線程事務信息。

注意：

ThreadLocal并不是解決多線程下共享資源的一種技術，一般情況下，每一個線程的ThreadLocal存儲的都是一個全新的對象(通過new關鍵字創建)，如果多線程的ThreadLocal存儲了一個對象引用，那么就會面臨資源競爭，數據不一致等并發問題。

3.常用方法源碼解析

3.1 initialValue方法

protected T initialValue() {
      return null;
}

此方法為ThreadLocal保存的數據類型指定的一個初始化值，在ThreadLocal中默認返回null。但可以重寫initialValue()方法進行數據初始化。

如果使用的是Java8提供的Supplier函數接口更加簡化：

// withInitial()實際是創建了一個ThreadLocal的子類SuppliedThreadLocal，重寫initialValue()
ThreadLocal<Object> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(Object::new);

3.2 set(T value)方法

主要存儲指定數據。

public void set(T value) {
  // 獲取當前線程Thread.currentThread() 
  Thread t = Thread.currentThread();
  // 根據當前線程獲取與之關聯的ThreadLocalMap數據結構
  ThreadLocalMap map = getMap(t);
  if (map != null)
      // 核心方法。set 遍歷整個Entry的過程，后面有詳解
      map.set(this, value);
  else {
      // 調用createMap(),創建ThreadLocalMap,key為當前ThreadLocal實例，存入數據為當前value。
      // ThreadLocal會創建一個默認長度為16Entry節點，并將k-v放入i位置(i位置計算方式和hashmap相似，
      // 當前線程的hashCode&(entry默認長度-1)),并設置閾值(默認為0)為Entry默認長度的2/3。
      createMap(t, value);
  }
}
// set 遍歷整個Entry的過程
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
  // 獲取所有的Entry
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  // 根據ThreadLocal對象，計算角標位置
  int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 循環查找
  for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
      ThreadLocal<?> k = e.get();
// 找到相同的就直接覆蓋，直接返回。
      if (k == key) {
          e.value = value;
          return;
      }
// 如果ThreadLocal為null，直接驅出并使用新數據(Value)占居原來位置，
// 這個過程主要是防止內存泄漏。
      if (k == null) {
          // 驅除ThreadLocal為null的Entry，并放入Value，這也是內存泄漏的重點地區
          replaceStaleEntry(key, value, i);
          return;
      }
  }
// entry都為null，創建新的entry，已ThreadLocal為key，將存放數據為Value。
  tab[i] = new Entry(key, value);
  int sz = ++size;
  // ThreadLoaclMapde的當前數據元素的個數和閾值比較，再次進行key為null的清理工作。
  if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
      // 整理Entry，當Entry中的ThreadLocal對象為null時，通過重新計算角標位來清理
      // 以前ThreadLocal。如果Entry數量大于3/4容量進行擴容
      rehash();
}

3.3 get方法

get()用于返回當前線程ThreadLocal中數據備份，當前線程的數據都存在一個ThreadLocalMap的數據結構中。

public T get() {
  Thread t = Thread.currentThread();
  // 獲得ThreadLocalMap對象map，ThreadLocalMap是和當前Thread關聯的，
  ThreadLocalMap map = getMap(t);
  if (map != null) {
      // 存入ThreadLocal中的數據實際上是存儲在ThreadLocalMap的Entry中。
      // 而此Entry是放在一個Entry數組里面的。
      // 獲取當前ThreadLocal對應的entry
      ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
      if (e != null) {
          // 直接返回當前數據 
          T result = (T)e.value;
          return result;
      }
  }
  // ThreadLocalMap未初始化，首先初始化
  return setInitialValue();
}
// ThreadLocal的setInitialValue方法源碼
private T setInitialValue() {
  // 為ThreadLocalMap指定Value的初始化值
  T value = initialValue();
  Thread t = Thread.currentThread();
  // 根據本地線程Thread獲取ThreadLocalMap，一下方法與Set方法相同。
  ThreadLocalMap map = getMap(t);
  if (map != null)
      // 如果map存在，直接調用set()方法進行賦值。
      map.set(this, value);
  else
      // map==null；創建ThreadLocalMap對象，并將Thread和value關聯起來
      createMap(t, value);
  return value;
}

3.4 小結

initialValue()：初始化ThreadLocal中的value屬性值。
set()：獲取當前線程，根據當前線程從ThreadLocals中獲取ThreadLocalMap數據結構，
- 如果ThreadLocalmap的數據結構沒創建，則創建ThreadLocalMap,key為當前ThreadLocal實例，存入數據為當前value。ThreadLocal會創建一個默認長度為16Entry節點，并將k-v放入i位置(i位置計算方式和hashmap相似，當前線程的hashCode&(entry默認長度-1)),并設置閾值(默認為0)為Entry默認長度的2/3。
- 如果ThreadLocalMap存在。就會遍歷整個Map中的Entry節點，如果entry中的key和本線程ThreadLocal相同，將數據(value)直接覆蓋，并返回。如果ThreadLoca為null，驅除ThreadLocal為null的Entry，并放入Value，這也是內存泄漏的重點地區。
get()
get()方法比較簡單。就是根據Thread獲取ThreadLocalMap。通過ThreadLocal來獲得數據value。注意的是：如果ThreadLocalMap沒有創建，直接進入創建過程。初始化ThreadLocalMap。并直接調用和set方法一樣的方法。

3.4 ThreadLocalMap數據結構

set()還是get()方法都是避免不了和ThreadLocalMap和Entry打交道。ThreadLocalMap是一個類似于HashMap的一個數據結構(沒有鏈表)，僅僅用于存放線程存放在ThreadLocal中的數據備份，ThreadLocalMap的所有方法對外部都是不可見的。

ThreadLocalMap中用于存儲數據的Entry，它是一個WeakReference類型的子類，之所以設計成WeakReference是為了能夠是JVM發生gc，能夠自動回收，防止內存溢出現象。

4. ThreadLocal的副作用

4.1 ThreadLocal引起臟數據

線程復用會產生臟數據。

由于結程池會重用 Thread 對象，那么與 Thread 綁定的類的靜態屬性 ThreadLocal 變量也會被重用。如果在實現的線程 run()方法體中不顯式地調用 remove() 清理與線程相關的ThreadLocal 信息，那么如果下一個線程不調用set()設置初始值，就可能 get()到重用的線程信息，包括 ThreadLocal 所關聯的線程對象的 value 值。

// java.lang.Thread#threadLocals
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
   * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

4.2 ThreadLocal引起的內存泄漏

在上面提到ThreadLocalMap中存放的Entry是WeakReference的子類。所以在JVM觸發GC(young gc，Full GC)時，都會導致Entry的回收

在get數據的時候，增加檢查，清除已經被回收器回收的Entry（WeakReference可以自動回收）

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
  ThreadLocal<?> k = e.get();
...
  if (k == null)
      // 清除 key 是 null 的Entry
      expungeStaleEntry(i);
...
return null;
}
private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
  boolean removed = false;
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  do {
      i = nextIndex(i, len);
      Entry e = tab[i];
      if (e != null && e.get() == null) {
          n = len;
          removed = true;
          // 清除key==null 的Entry
          i = expungeStaleEntry(i);
      }
  } while ( (n >>>= 1) != 0);
  return removed;
}

set數據時增加檢查，刪除已經被垃圾回收器清理的Entry，并將其移除

private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
  boolean removed = false;
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  do {
      i = nextIndex(i, len);
      Entry e = tab[i];
      if (e != null && e.get() == null) {
          n = len;
          removed = true;
          // 清除key==null 的Entry
          i = expungeStaleEntry(i);
      }
  } while ( (n >>>= 1) != 0);
  return removed;
}

基于上面三點：ThreadLocal在一定程度上保證不會發生內存泄漏。但是Thread類中有ThreadlocalMap的引用，導致對象的可達性，故不能回收。

ThreadLocal被置為null清除了。但是通過ThreadLocalMap還是被Thread類引用。導致該數據是可達的。所以內存得不到釋放，除非當前線程結束，Thread引用就會被垃圾回收器回收。如圖所示

ThreadLocal常用方法、使用場景及注意事項說明

ThreadLocal常用方法、使用場景及注意事項說明 5

5. ThreadLocal內存泄漏解決方案及remove方法源碼解析

解決ThreadLocal內存泄漏的常用方法是：在使用完ThreadLocal之后，及時remove掉。

public void remove() {
  // 根據當前線程，獲取ThreadLocalMap
  ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
  if (m != null)
      // map不為null，執行remove操作
      m.remove(this);
}
// ThreadLocal 的remove()
private void remove(ThreadLocal<?> key) {
  // 獲取存放key-value的數組。
  Entry[] tab = table;
  int len = tab.length;
  // 根據ThreadLocal的HashCode確定唯一的角標
  int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
  for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
      if (e.get() == key) {
          // 如果和本ThreadLocal相同。將引用置null。
          e.clear();
          // 實行Enty和Entry.value置null。源碼中 tab[staleSlot].value = null; tab[staleSlot] = null;
          expungeStaleEntry(i);
          return;
      }
  }
}

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持服務器之家。

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