问到ThreadLocal，看这一篇就够了

小小怪下士的架构攻略 04-17 236

前言：

眼前兄弟们对“java类中成员变量的存储”都比较看重，朋友们都想要分析一些“java类中成员变量的存储”的相关资讯。那么小编同时在网摘上收集了一些对于“java类中成员变量的存储””的相关知识，希望各位老铁们能喜欢，咱们快快来学习一下吧！

ThreadLocal 是什么？

ThreadLocal 是线程本地变量。当使用 ThreadLocal 维护变量时，ThreadLocal 为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程。

ThreadLocal 使用场景

主要有以下三种场景。

作为数据副本，当某些数据是以线程为作用域并且不同线程有不同数据副本时，可以考虑 ThreadLocal。保存线程上下文信息，在任意需要的地方可以获取，避免显示传参。解决线程安全问题，避免某些情况需要考虑线程安全必须同步带来的性能损失。ThreadLocal的原理和实现

一句话总结：每个线程都有一个 ThreadLocalMap（ThreadLocal内部类），Map 中元素的键为 ThreadLocal，而值对应线程的变量副本。Map 是数组实现，使用线性探测解决hash冲突，需要手动调用set、get、remove防止内存泄漏。

ThreadLoal 变量，线程局部变量，同一个 ThreadLocal 所包含的对象，在不同的 Thread 中有不同的副本。ThreadLocal 变量通常被private static修饰。当一个线程结束时，它所使用的所有 ThreadLocal 相对的实例副本都可被回收。

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

一个线程内可以存在多个 ThreadLocal 对象，所以其实是 ThreadLocal 内部维护了一个 Map ，这个 Map 不是直接使用的 HashMap ，而是 ThreadLocal 实现的一个叫做 ThreadLocalMap 的静态内部类。而我们使用的 get()、set() 方法其实都是调用了这个ThreadLocalMap类对应的 get()、set() 方法。

调用 threadLocal.set() --> 调用 getMap(Thread) --> 返回当前线程的 ThreadLocalMap < ThreadLocal, value >-->map.set(this, value)，this 是 ThreadLocal

调用 get() --> 调用getMap(Thread) --> 返回当前线程的 ThreadLocalMap<ThreadLocal, value>-->map.getEntry(this)，返回value。

这个储值的Map并非ThreadLocal的成员变量，而是java.lang.Thread 类的成员变量。ThreadLocalMap实例是作为java.lang.Thread的成员变量存储的，每个线程有唯一的一个threadLocalMap。这个map以ThreadLocal对象为key，”线程局部变量”为值，所以一个线程下可以保存多个”线程局部变量”。对ThreadLocal的操作，实际委托给当前Thread，每个Thread都会有自己独立的ThreadLocalMap实例，存储的仓库是Entry[] table；Entry的key为ThreadLocal，value为存储内容；因此在并发环境下，对ThreadLocal的set或get，不会有任何问题。

由于Tomcat线程池的原因，我最初使用的”线程局部变量”保存的值，在下一次请求依然存在（同一个线程处理），这样每次请求都是在本线程中取值。所以在线程池的情况下，处理完成后主动调用该业务treadLocal的remove()方法，将”线程局部变量”清空，避免本线程下次处理的时候依然存在旧数据。

ThreadLocal 并不是用来解决共享资源的多线程访问的问题，因为每个线程中的资源只是副本，并不共享。因此ThreadLocal适合作为线程上下文变量，简化线程内传参。

//ThreadLocalpublic void set(T value) {        Thread t = Thread.currentThread();        ThreadLocalMap map = getMap(t);        if (map != null)            map.set(this, value);        else            createMap(t, value);    }//ThreadLocal.ThreadLocalMapprivate 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;    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);    for (Entry e = tab[i];         e != null;         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {        ThreadLocal<?> k = e.get();      if (k == key) {            e.value = value;            return;        }  // 代表key弱引用已被回收                if (k == null) {          // 如果被回收 需要替换            replaceStaleEntry(key, value, i);            return;        }    }    tab[i] = new Entry(key, value);    int sz = ++size;    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)        rehash();}private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,                                       int staleSlot) {            Entry[] tab = table;            int len = tab.length;            Entry e;            // Back up to check for prior stale entry in current run.            // We clean out whole runs at a time to avoid continual            // incremental rehashing due to garbage collector freeing            // up refs in bunches (i.e., whenever the collector runs).           // 向前遍历 检查是否有已经被回收的key            int slotToExpunge = staleSlot;            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);                 (e = tab[i]) != null;                 i = prevIndex(i, len))                if (e.get() == null)                    slotToExpunge = i;            // Find either the key or trailing null slot of run, whichever            // occurs first            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);                 (e = tab[i]) != null;                 i = nextIndex(i, len)) {                ThreadLocal<?> k = e.get();                // If we find key, then we need to swap it                // with the stale entry to maintain hash table order.                // The newly stale slot, or any other stale slot                // encountered above it, can then be sent to expungeStaleEntry                // to remove or rehash all of the other entries in run.              // 遇到相同的需要替换value                if (k == key) {                    e.value = value;                    tab[i] = tab[staleSlot];                    tab[staleSlot] = e;                    // Start expunge at preceding stale entry if it exists                    if (slotToExpunge == staleSlot)                        slotToExpunge = i;                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);                    return;                }                // If we didn't find stale entry on backward scan, the                // first stale entry seen while scanning for key is the                // first still present in the run.                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)                    slotToExpunge = i;            }            // If key not found, put new entry in stale slot            tab[staleSlot].value = null;            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);            // If there are any other stale entries in run, expunge them            // 如果有其他的过期对象会清理            if (slotToExpunge != staleSlot)                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);        }

ThreadLocal 内存泄露问题

在ThreadLocal中内存泄漏是指ThreadLocalMap中的Entry中的key为null，而value不为null。因为key为null导致value一直访问不到，而根据可达性分析导致在垃圾回收的时候进行可达性分析的时候，value可达从而不会被回收掉，但是该value永远不能被访问到，这样就存在了内存泄漏。

解决方案：对应的 value 在下一次 ThreadLocalMap 调用 set、get、remove 方法时被清除，但是这几个方法需要被显式调用。

为什么要使用弱引用

一句总结：key如果是强引用会导致线程不被回收，key对应ThreadLocal也不被回收，所以要改为弱引用。至于value一定是强引用，所以必须用完调用remove方法。

Map中的key为一个threadlocal实例.如果使用强引用，当ThreadLocal对象（假设为ThreadLocal@123456）的引用被回收了，ThreadLocalMap本身依然还持有ThreadLocal@123456的强引用，如果没有手动删除这个key，则ThreadLocal@123456不会被回收，所以只要当前线程不消亡，ThreadLocalMap引用的那些对象就不会被回收，可以认为这导致Entry内存泄漏。

如果使用弱引用，那指向ThreadLocal@123456对象的引用就两个：ThreadLocal强引用和ThreadLocalMap中Entry的弱引用。一旦ThreadLocal强引用被回收，则指向ThreadLocal@123456的就只有弱引用了，在下次gc的时候，这个ThreadLocal@123456就会被回收。

虽然上述的弱引用解决了key，也就是线程的ThreadLocal能及时被回收，但是value却依然存在内存泄漏的问题。当把threadlocal实例置为null以后,没有任何强引用指向threadlocal实例,所以threadlocal将会被gc回收.map里面的value却没有被回收.而这块value永远不会被访问到了. 所以存在着内存泄露,因为存在一条从current thread连接过来的强引用.只有当前thread结束以后, current thread就不会存在栈中,强引用断开, Current Thread, Map, value将全部被GC回收.所以当线程的某个localThread使用完了，马上调用threadlocal的remove方法,就不会发生这种情况了。

另外其实只要这个线程对象及时被gc回收，这个内存泄露问题影响不大，但在threadLocal设为null到线程结束中间这段时间不会被回收的，就发生了我们认为的内存泄露。最要命的是线程对象不被回收的情况，这就发生了真正意义上的内存泄露。比如使用线程池的时候，线程结束是不会销毁的，会再次使用，就可能出现内存泄露。

ThreadLocalMap 和 HashMap 区别

ThreadLocalMap 和HashMap的功能类似，但是实现上却有很大的不同：

HashMap 的数据结构是数组+链表，HashMap 是通过链地址法解决hash 冲突的问题，HashMap 里面的Entry 内部类的引用都是强引用。

ThreadLocalMap的数据结构仅仅是数组，ThreadLocalMap 是通过开放地址法来解决hash 冲突的问题，ThreadLocalMap里面的Entry 内部类中的key 是弱引用，value 是强引用

链地址法和开放地址法

jdk 中大多数的类都是采用了链地址法来解决hash 冲突，为什么ThreadLocalMap 采用开放地址法来解决哈希冲突呢？首先我们来看看这两种不同的方式

链地址法

这种方法的基本思想是将所有哈希地址为i的元素构成一个称为同义词链的单链表，并将单链表的头指针存在哈希表的第i个单元中，因而查找、插入和删除主要在同义词链中进行。列如对于关键字集合{12,67,56,16,25,37, 22,29,15,47,48,34}，我们用前面同样的12为除数，进行除留余数法：

开放地址法

这种方法的基本思想是一旦发生了冲突，就去寻找下一个空的散列地址(这非常重要，源码都是根据这个特性，必须理解这里才能往下走)，只要散列表足够大，空的散列地址总能找到，并将记录存入。

比如说，我们的关键字集合为{12,33,4,5,15,25},表长为10。我们用散列函数f(key) = key mod l0。当计算前S个数{12,33,4,5}时，都是没有冲突的散列地址，直接存入（蓝色代表为空的，可以存放数据）：

计算key = 15时，发现f(15) = 5，此时就与5所在的位置冲突。于是我们应用上面的公式f(15) = (f(15)+1) mod 10 =6。于是将15存入下标为6的位置。这其实就是房子被人买了于是买下一间的作法：

链地址法和开放地址法的优缺点

开放地址法：

容易产生堆积问题，不适于大规模的数据存储。

散列函数的设计对冲突会有很大的影响，插入时可能会出现多次冲突的现象。

删除的元素是多个冲突元素中的一个，需要对后面的元素作处理，实现较复杂。

链地址法：

处理冲突简单，且无堆积现象，平均查找长度短。

链表中的结点是动态申请的，适合构造表不能确定长度的情况。