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摘要

在多线程环境下，最常用的实现线程安全的方式有如下几种：

互斥同步机制，例如 Lock，synchronized 关键字，信号量等。
非阻塞同步机制，例如自旋 + CAS。
线程独享机制，即不在多线程间共享，例如本文要学习的 ThreadLocal。

那么，ThreadLocal 是如何实现每个线程独有一份副本的？

01-ThreadLocal 线程隔离原理

当我们在某个类中使用 ThreadLocal 类型的变量时，是如何做到每个线程存储一份副本的呢？我们知道，在 Java 中，每个线程都是一个独立的 Thread 对象。要实现线程之间互相独立，肯定要在 Thread 对象上做功夫。

Thread 类中有如下的一个属性：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

当我们使用 ThreadLocal 对象获得值时，一般会用如下的写法：

ThreadLocal<Object> tl = new ThreadLocal();
Object obj = tl.get();

让我们看一下，当我们调用 get 方法时，做了什么操作：

public T get() {
		/** 获得调用此方法的当前线程 */
    Thread t = Thread.currentThread();
		/** getMap 返回的就是 Thread 中的 threadLocals 对象 */
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
				/** 此处的 this 指的是上面的 tl 对象*/
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); 
				/** 检查 threadLocals 中是否存在与 tl 相关的值（以 tl 为键的值） */
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
		/** 如果 t.threadLocals 为空，则为其初始化一个，
     * 并将 initialValue() 方法的返回值写入 */
    return setInitialValue();
}

02-示例分析

知道 ThreadLocal 实现线程间隔离的原理后，我们来分析一个实例，来具体看一下整个过程。假设我们有如下的程序：

/** private static 是一个典型的写法 */
private static ThreadLocal<String> dbConnection = new ThreadLocal<String>() {
    @Override
    protected String initialValue() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        return t.getName();
    }
};

public String getConnection() {
    return dbConnection.get();
}

假设有线程 t1 / t2：

new Thread(() -> {
    String str = getConnection();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " str = " + str);
}, "thread-t1").start();

new Thread(() -> {
    String str = getConnection();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " str = " + str);
}, "thread-t2").start();

当线程 t1 执行到 getConnection 时，会调用 ThreadLocal 中的 get 方法。在 get 方法中，先获取当前线程，即 t1。然后，获取 t1 的 threadLocals 映射表。此时，t1.threadLocals 为 null，即尚未初始化。然后，调用 setInitialValue，再到我们重写的方法 initialValue，返回当前线程 t1 的线程名”thread-t1“。最后，初始化 t1.threadLocals 并将 dbConnection 对象和”thread-t1”写入到 t1.threadLocals 中。

线程 t2 的执行过程与 t1 一样。因为 t1.threadLocals 和 t2.threadLocals 是两个 Thread 对象中的变量，所以互相不干扰。这样，借助 ThreadLocal 线程 t1 和 t2 实现了 dbConnection 的隔离访问。

03-ThreadLocal 导致的内存泄漏问题

ThreadLocal 有可能会导致内存泄漏的发生。从前面的学习中我们了解到，Thread 类中存在一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap 对象，它是一个映射表，key 是对 ThreadLocal 对象（若引用），value 是一个特定类型的值。

内存泄漏出现的原因是，假如某个 ThreadLocal 对象的强引用不在了，其势必会被 GC 回收掉。但是，Thread 类中的 ThreadLocal.ThreadLocalMap 对象的生存周期与线程对象是一致的。当 ThreadLocal 对象被回收后，就无法访问其对应的 value，导致内存一致不能释放。

有一种常见的错误就是，在线程池中不恰当地使用 ThreadLocal，线程池中的线程对象一直存在，当上述情况发生时，发生内存泄漏的机率更大。

ThreadLocal 推荐的使用方法是：

每次使用完 ThreadLocal 后，就调用它的 remove 方法，移除 value
将 ThreadLocal 对象声明成 private static，确保存在强引用而不会被 GC 回收，从而能够访问到其对应的 value。

[1] 面试：为了进阿里，死磕了ThreadLocal内存泄露原因

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摘要

01-ThreadLocal 线程隔离原理

02-示例分析

03-ThreadLocal 导致的内存泄漏问题