ThreadLocal 详解

概念

ThreadLocal 用于提供线程局部变量，在多线程环境可以保证各个线程里的变量独立于其它线程里的变量。也就是说 ThreadLocal 可以为每个线程创建一个【单独的变量副本】，相当于线程的 private static 类型变量。

使用示例

public class ThreadLocalTest {
    private static String strLabel;
    private static ThreadLocal<String> threadLabel = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String... args) {
        strLabel = "main";
        threadLabel.set("main");

        Thread thread = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                super.run();
                strLabel = "child";
                threadLabel.set("child");
            }

        };

        thread.start();
        try {
            // 保证线程执行完毕
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("strLabel = " + strLabel);
        System.out.println("threadLabel = " + threadLabel.get());
    }
}

// 运行结果
// strLabel = child
// threadLabel = main

ThreadLocal 实现

set方法

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

set(T value) 方法中，首先获取当前线程，然后在获取到当前线程的 ThreadLocalMap，如果 ThreadLocalMap 不为 null，则将 value 保存到 ThreadLocalMap 中，并用当前 ThreadLocal 作为 key；否则创建一个 ThreadLocalMap 并给到当前线程，然后保存 value。 ThreadLocalMap 相当于一个 HashMap，是真正保存值的地方。

get方法

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    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();
}

同样的，在 get() 方法中也会获取到当前线程的 ThreadLocalMap，如果 ThreadLocalMap 不为 null，则把获取 key 为当前 ThreadLocal 的值；否则调用 setInitialValue() 方法返回初始值，并保存到新创建的 ThreadLocalMap 中。

当前线程的 ThreadLocalMap

在 set，get，initialValue 和 remove 方法中都会获取到当前线程，然后通过当前线程获取到 ThreadLocalMap，如果 ThreadLocalMap 为 null，则会创建一个 ThreadLocalMap，并给到当前线程。

构造方法

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

构造方法中会新建一个数组，并将将第一次需要保存的键值存储到一个数组中，完成一些初始化工作。

存储结构

ThreadLocalMap 内部维护了一个哈希表（数组）来存储数据，并且定义了加载因子：

// 初始容量，必须是 2 的幂
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

// 存储数据的哈希表
private Entry[] table;

// table 中已存储的条目数
private int size = 0;

// 表示一个阈值，当 table 中存储的对象达到该值时就会扩容
private int threshold;

// 设置 threshold 的值
private void setThreshold(int len) {
    threshold = len * 2 / 3;
}

假设 Entry 的 key 没有使用弱引用的方式，而是使用了强引用：由于 ThreadLocalMap 的生命周期和当前线程一样长，那么当引用 ThreadLocal 的对象被回收后，由于 ThreadLocalMap 还持有 ThreadLocal 和对应 value 的强引用，ThreadLocal 和对应的 value 是不会被回收的，这就导致了内存泄漏。所以 Entry 以弱引用的方式避免了 ThreadLocal 没有被回收而导致的内存泄漏，但是此时 value 仍然是无法回收的，依然会导致内存泄漏。

ThreadLocalMap 已经考虑到这种情况，并且有一些防护措施：在调用 ThreadLocal 的 get()，set() 和 remove() 的时候都会清除当前线程 ThreadLocalMap 中所有 key 为 null 的 value。这样可以降低内存泄漏发生的概率。所以我们在使用 ThreadLocal 的时候，每次用完 ThreadLocal 都调用 remove() 方法，清除数据，防止内存泄漏。

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