系列文章目录
JUC篇：volatile可见性的实现原理
JUC篇：synchronized的应用和实现原理
JUC篇：用Java实现一个简单的线程池
JUC篇：java中的线程池
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一、并发问题
多线程访问同一个共享变量时特别容易出现并发问题，特别是在多个线程需要对一个共享变量进行写入时。为了保证线程安全，一般使用者在访问共享变量时需要进行适当的同步，如图1-3所示。
同步的措施一般是加锁，这就需要使用者对锁有一定的了解，这显然加重了使用者的负担。那么有没有一种方式可以做到，当创建一个变量后，每个线程对其进行访问的时候访问的是自己线程的变量呢？其实ThreadLocal就可以做这件事情，虽然ThreadLocal并不是为了解决这个问题而出现的。
ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地副本。当多个线程操作这个变量时，实际操作的是自己本地内存里面的变量，从而避免了线程安全问题。创建一个ThreadLocal变量后，每个线程都会复制一个变量到自己的本地内存，如图1-4所示。
二、ThreadLocal的使用示例
本例开启了两个线程，在每个线程内部都设置了本地变量的值，然后调用print函数打印当前本地变量的值。如果打印后调用了本地变量的remove方法，则会删除本地内存中的该变量，代码如下。
public class ThreadLocalsTest {
//（2）创建ThreadLocal
private static ThreadLocal<String> localvariable=new ThreadLocal<>();
//(1) 打印函数
public static void print(String str){
//1.1打印当前线程本地内存中localvariable的值
System.out.println(str+":"+localvariable.get());
//1.2清除当前线程本地内存中localvariable的值
//localvariable.remove();
}
public static void main(String[] args) {
//(3)创建线程one
Thread threadOne = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//3.1设置线程one中的本地变量
localvariable.set("threadOne local variable");
//3.2调用打印函数
print("threadOne");
//3.3打印本地变量值
System.out.println("threadOne remove after:"+localvariable.get());
}
});
//(4)创建线程Two
Thread threadTwo = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//4.1设置线程Two中的本地变量
localvariable.set("threadTwo local variable");
//4.2调用打印函数
print("threadTwo");
//4.3打印本地变量值
System.out.println("threadTwo remove after:"+localvariable.get());
}
});
//(5)启动线程
threadOne.start();
threadTwo.start();
}
}
运行结果如下
threadOne:threadOne local variable
threadTwo:threadTwo local variable
threadOne remove after:threadOne local variable
threadTwo remove after:threadTwo local variable
代码（2）创建了一个ThreadLocal变量。
代码(3）和（4）分别创建了线程One和Two。
代码（5）启动了两个线程。
线程One中的代码3.1通过set方法设置了localVariable的值，这其实设置的是线程One本地内存中的一个副本，这个副本线程Two是访问不了的。然后代码3.2调用了print函数，代码1.1通过get函数获取了当前线程（线程One）本地内存中localVariable的值。
线程Two的执行类似于线程One。打开代码1.2的注释后，再次运行，运行结果如下。
threadOne:threadOne local variable
threadTwo:threadTwo local variable
threadOne remove after:null
threadTwo remove after:null
三、ThreadLocal的实现原理
先看一下ThreadLocal相关类的类图结构，如图1-5所示。
由该图可知，Thread类中有一个threadLocals和一个inheritableThreadLocals，它们都是ThreadLocalMap类型的变量，而ThreadLocalMap是一个定制化的Hashmap。
在默认情况下，每个线程中的这两个变量都为null，只有当前线程第一次调用ThreadLocal的set或者get方法时才会创建它们。其实每个线程的本地变量不是存放在ThreadLocal实例里面，而是存放在调用线程的threadLocals变量里面。也就是说，ThreadLocal类型的本地变量存放在具体的线程内存空间中。
ThreadLocal就是一个工具壳，它通过set方法把value值放入调用线程的threadLocals里面并存放起来，当调用线程调用它的get方法时，再从当前线程的threadLocals变量里面将其拿出来使用。如果调用线程一直不终止，那么这个本地变量会一直存放在调用线程的threadLocals变量里面，所以当不需要使用本地变量时可以通过调用ThreadLocal变量的remove方法，从当前线程的threadLocals里面删除该本地变量。
另外，Thread里面的threadLocals为何被设计为map结构？
很明显是因为每个线程可以关联多个ThreadLocal变量。
分析ThreadLocal的set、get及remove方法的实现
1.set(T value)
public void set(T value) {
//（1）.获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//（2.）以当前线程作为key,去查找线程变量（ThreadLocalMap）
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
//（3.）第一次调用，ThreadLocalMap不存在就创建当前线程对应的ThreadLocalMap
createMap(t, value);
}
代码（1）首先获取调用线程，然后使用当前线程作为参数调用getMap(t）方法，getMap(Threadt）的代码如下。
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
可以看到，getMap(t）的作用是获取线程自己的变量threadLocals(ThreadLocalMap),threadlocal变量被绑定到了线程的成员变量上。
如果getMap(t）的返回值不为空，则把value值设置到threadLocals中，也就是把当前变量值放入当前线程的内存变量threadLocals中。threadLocals是一个HashMap结构，其中key就是当前ThreadLocal的实例对象引用，value是通过set方法传递的值。
如果getMap(t）返回空值则说明是第一次调用set方法，这时创建当前线程的threadLocals变量。下面来看createMap(t,value）做什么。
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
2.T get()
public T get() {
//获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//获取当前线程的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;
}
}
//(7)threadLocals为空则初始化当前线程的threadLocals成员交量
return setInitialValue();
}
代码首先获取当前线程实例，如果当前线程的threadLocals变量不为null，则直接返回当前线程绑定的本地变量，否则执行代码（7〕进行初始化。setinitialValue（）的代码如下。
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
protected T initialValue() {
return null;
}
如果当前线程的threadLocals(ThreadLocalMap)变量不为空，则设置当前线程的本地变量值为null，否则调用createMap方法创建当前线程的createMap变量。
3.void remove()
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
如以上代码所示，如果当前线程的threadLocals变量不为空，则删除当前线程中指定ThreadLocal实例的本地变量。
总结：如图1-6所示，在每个线程内部都有一个名为threadLocals(ThreadLocalMap)的成员变量，该变量的类型为HashMap，其中key为我们定义的ThreadLocal变量的this引用，value则为我们使用set方法设置的值。每个线程的本地变量存放在线程自己的内存变量threadLocals(ThreadLocalMap)中
如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量会一直存在，所以可能会造成内存溢出，因此使用完毕后要记得调用ThreadLocal的remove方法删除对应线程的threadLocals中的本地变量。
四、ThreadLocal使用不当可能会导致内存泄漏
1.为何会出现内存泄漏
ThreadLocal只是一个工具类，具体存放变量的是线程的threadLocals变量。threadLocals是一个ThreadLocalMap类型的变量，该类型如图
由图可知，ThreadLocalMap内部是一个Entry数组，Entry继承自WeakReference,Entry内部的value用来存放通过ThreadLocal的set方法传递的值
当一个线程调用ThreadLocal的set方法设置变量时，当前线程的ThreadLoca!Map里就会存放一个记录，这个记录的key为ThreadLocal的弱引用，value则为设置的值。如果当前线程一直存在且没有调用ThreadLocal的remove方法，并且这时候在其他地方还有对
ThreadLocal的引用，则当前线程的ThreadLoca!Map变量里面会存在对ThreadLocal变量的引用和对value对象的引用，它们是不会被释放的，这就会造成内存泄漏。
考虑这个ThreadLocal变量没有其他强依赖，而当前线程还存在的情况，由于线程的ThreadLoca!Map里面的key是弱依赖，所以当前线程的ThreadLocaLMap里面的ThreadLocal变量的弱引用会在gc的时候被回收，但是对应的value还是会造成内存泄漏，因为这时候ThreadLoca!Map里面就会存在key为null但是value不为null的entry项。
其实在ThreadLocal的set、get和remove方法里面可以找一些时机对这些key为null的entry项进行清理，但是这些清理不是必须发生的。
总结：ThreadLocalMap的Entry中的key使用的是对ThreadLocal对象的弱引用，这在避免内存泄漏方面是一个进步，因为如果是强引用，即使其他地方没有对ThreadLocal对象的引用，ThreadLocalMap中的ThreadLocal对象还是不会被回收，而如果是弱引用则ThreadLocal引用是会被回收掉的。但是对应的value还是不能被回收，这时候ThreadLocalMap里面就会存在key为null但是value不为null的entry项，虽然ThreadLocalMap提供了set、get和remove方法，可以在一些时机下对这些Entry项进行清理，但是这是不及时的，也不是每次都会执行，所以在一些情况下还是会发生内存漏，因此在使用完毕后及时调用remove方法才是解决内存泄漏问题的王道。
总结
Java提供的ThreadLocal给我们编程提供了方便，但是如果使用不当也会给我们带来
麻烦，所以要养成良好的编码习惯，在线程中使用完ThreadLocal变量后，要记得及时清
除掉。