ThreadLocal的定义
JDK对ThreadLocal的定义如下：
TheadLocal提供了线程内部的局部变量：每个线程都有自己的独立的副本；ThreadLocal实例通常是类中的private static字段，该类一般与线程状态相关（或线程上下文）中使用。只要线程处于活动状态且ThreadLocal实例时可访问的状态下，每个线程都持有对其线程局部变量的副本的隐式引用，在线程消亡后，ThreadLocal实例的所有副本都将进行垃圾回收。
ThreadLocal的应用场景
ThreadLocal 不是用来解决多线程访问共享变量的问题，所以不能替换掉同步方法。一般而言，ThreadLocal的最佳应用场景是：按照线程多实例（每个线程对应一个实例）的对象的访问。
例如：在事务中，connection绑定到当前线程来保证这个线程中的数据库操作用的是同一个connection。
ThreadLocal的demo
public class ThreadLocalTest2 {
private static final ThreadLocal<User> userLocal = new ThreadLocal<User>();
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("*******线程"+Thread.currentThread().getName()+"的值是"+userLocal.get());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
User user = new User();
user.setId(1);
user.setName("测试1");
userLocal.set(user);
System.out.println("*******线程"+Thread.currentThread().getName()+"的值是"+userLocal.get());
}
},"线程1").start();
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
User user = new User();
user.setId(2);
user.setName("测试2");
userLocal.set(user);
System.out.println("*******线程"+Thread.currentThread().getName()+"的值是"+userLocal.get());
}
},"线程2").start();
}
}
运行结果：
从运行结果，我们可以看出线程1和线程2在ThreadLocal中设置的值相互独立，每个线程只能取到自己设置的那个值。
TheadLocal的源码解析
ThreadLocal存储数据的逻辑是：每个线程持有个一个自己的ThreadLocalMap,key为ThreadLocal对象的实例，value 是我们需要设值的值。
ThreadLocal的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);
}
- 首先获取当前线程的ThreadLocalMap
- 如果获取得到ThreadLocalMap，则直接设值，key为当前ThreadLocal类的this实例，如果获取不到则创建ThreadLoalMap，
ThreadLocal的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();
}
1.首先获取当前线程的ThreadLocalMap，没有的话，设置初始值（null）并返回
2. 如果可以获取到ThreadLocalMap 则获取其Entry对象，如果不为空则直接返回value
ThreadLocal的createMap方法
static class ThreadLocalMap {
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
private void setThreshold(int len) {
threshold = len * 2 / 3;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
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);
}
}
从上述代码我们可以看出ThreadLocalMap实际上没有继承Map接口，其只是一个可扩展的散列表结构。初始大小是16。大于等于数据的1/2 的时候会扩容为2倍的原数组的rehash。初始的hashCode值为0x61c88647。每创建一个Entry 则增加初始的hashCode值为0x61c88647。
ThreadLocalMap的set方法
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
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;
}
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
1.根据threadLocalHashCode mod table.length计算需要插入table的位置下标i
2.如果table[i]的Entry不为null
2.1. 判断Entry.key==当前的ThreadLoacl对象？
相等，则覆盖旧值，退出
2.2. 如果Entry.key为null,将执行删除两个null 槽之间的所有过期的stale的entry，
并把当前的位置i上初始化一个Entry对象，退出
2.3 继续查找下一个位置i++
3.如果找到了一个位置k,table[k]为null,初始化一个Entry对象
ThreadLocalMap的getEntry方法
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
while (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
expungeStaleEntry(i);
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
-
根据当前ThreadLocal的hashCode mod table.length，计算直接索引的位置i，如果e不为null并且key相同则返回e。
-
如果e为null，返回null
-
如果e不为空且key不相同，则查找下一个位置，继续查找比较，直到e为null退出
-
在查找的过程中如果发现e不为空，且e的k为空的话，删除当前槽和下一个null槽之间的所有过期entry对象。
总结ThreadLocalMap： -
散列采用开放地址，线性探测，在hash冲突较大的时候效率低下
-
ThreadLocalMap的set、get、remove操作中都带有删除过期元素的操作，类似缓存的lazy淘汰。
ThreadLocal的内存泄露
当一个ThreadLocal没有强引用时，threadLocal会被GC清理，会形成一个key为null的Map的引用。废弃threadLocal占用的内存会在三种情况下清理：
- thread结束，那么与之相关的threadlocal value会被清理
- GC后，thread.threadLocal(map) threadhold超过最大值时，会清理
- GC后，thread.threadlocals(maps)添加新的Entry时，hash算法没有命中既有Entry时，会清理
那么何时会“内存泄漏”？当Thread长时间不结束，存在大量废弃的ThreadLocal，而又不再添加新的ThreadLocal时。
参考
https://segmentfault.com/a/1190000014738647
