ThreadLocal

什么是ThreadLocal？

ThreadLocal叫做线程变量，意思是ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的，也就是说该变量是当前线程独有的变量。 ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

• 因为每个 Thread 内有自己的实例副本，且该副本只能由当前 Thread 使用。这是也是 ThreadLocal 命名的由来。
• 既然每个 Thread 有自己的实例副本，且其它 Thread 不可访问，那就不存在多线程间共享的问题。

ThreadLocal 提供了线程本地的实例。它其实是一种线程的隔离机制，保障了多线程环境下对于共享变量访问的安全性。

ThreadLocal与Synchronized的区别

ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。 ThreadLocal与synchronized有本质的区别：

1. Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。
2. Synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本 ，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。

TheadLocal使用场景

场景一：代替参数的显式传递

当我们在写API接口的时候，通常Controller层会接受来自前端的入参，当这个接口功能比较复杂的时候，可能我们调用的Service层内部还调用了 很多其他的很多方法，通常情况下，我们会在每个调用的方法上加上需要传递的参数。

但是如果我们将参数存入ThreadLocal中，那么就不用显式的传递参数了，而是只需要ThreadLocal中获取即可。

场景二：全局存储用户信息

在现在的系统设计中，前后端分离已基本成为常态，分离之后如何获取用户信息就成了一件麻烦事，通常在用户登录后， 用户信息会保存在Session或者Token中。这个时候，我们如果使用常规的手段去获取用户信息会很费劲，拿Session来说，我们要在接口参数中加上HttpServletRequest对象，然后调用 getSession方法，且每一个需要用户信息的接口都要加上这个参数，才能获取Session，这样实现就很麻烦了。

在实际的系统设计中，我们肯定不会采用上面所说的这种方式，而是使用ThreadLocal，我们会选择在拦截器的业务中， 获取到保存的用户信息，然后存入ThreadLocal，那么当前线程在任何地方如果需要拿到用户信息都可以使用ThreadLocal的get()方法 (异步程序中ThreadLocal是不可靠的)

场景三：解决线程安全问题

在Spring的Web项目中，我们通常会将业务分为Controller层，Service层，Dao层， 我们都知道@Autowired注解默认使用单例模式，那么不同请求线程进来之后，由于Dao层使用单例，那么负责数据库连接的Connection也只有一个， 如果每个请求线程都去连接数据库，那么就会造成线程不安全的问题，Spring是如何解决这个问题的呢？

在Spring项目中Dao层中装配的Connection肯定是线程安全的，其解决方案就是采用ThreadLocal方法，当每个请求线程使用Connection的时候， 都会从ThreadLocal获取一次，如果为null，说明没有进行过数据库连接，连接后存入ThreadLocal中，如此一来，每一个请求线程都保存有一份 自己的Connection。于是便解决了线程安全问题

ThreadLocal原理

1. 图中有两个线程Thread1以及Thread2。
2. Thread类中有一个叫做threadLocals的成员变量，它是ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的。
3. ThreadLocalMap内部维护了Entry数组，每个Entry代表一个完整的对象，key是ThreadLocal本身，value是ThreadLocal的泛型对象值。

set

 public void set(T value) {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取线程中的属性 threadLocalMap ,如果threadLocalMap 不为空，
        //则直接更新要保存的变量值，否则创建threadLocalMap，并赋值
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            // 初始化thradLocalMap 并赋值
            createMap(t, value);
    }

ThreadLocal set赋值的时候首先会获取当前线程thread,并获取thread线程中的ThreadLocalMap属性。如果map属性不为空，则直接更新value值，如果map为空，则实例化threadLocalMap,并将value值初始化。

ThreadLocalMap

  static class ThreadLocalMap {
 
        /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
 
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }   
    }

ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部静态类，而它的构成主要是用Entry来保存数据 ，而且还是继承的弱引用。在Entry内部使用ThreadLocal作为key，使用我们设置的value作为value。

get

    public T get() {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取当前线程的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        //3、如果map数据不为空，
        if (map != null) {
            //3.1、获取threalLocalMap中存储的值
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        //如果是数据为null，则初始化，初始化的结果，TheralLocalMap中存放key值为threadLocal，值为null
        return setInitialValue();
    }
 
 
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;
    }

通过 ThreadLocalMap 获取当前线程的存储的 Value 值

设置 ThreadLocal 的初始化值，未 set(T value) 初次获取 Thread 对应的 Value 值时会调用，即被 setInitialValue 方法调用。需要重写该方法。

remove

 public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }

remove方法，直接将ThrealLocal 对应的值从当前相差Thread中的ThreadLocalMap中删除。

总结

1. Thread线程类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的变量threadLocals，即每个线程都有一个属于自己的ThreadLocalMap。
2. ThreadLocalMap方法内部维护者Entry数组，其中key是ThreadLocal本身，而value则为其泛型值。
3. 并发场景下，每个线程都会存储当前变量副本到自己的ThreadLocalMap中，后续这个线程对于共享变量的操作，都是从TheadLocalMap里进行变更，不会影响全局共享变量的值。

内存泄漏

原因

目前程序运行大多采用的是线程池模式，线程存在时间很长，如果不断往其中加入线程私有对象而得不到回收，会导致OOM。所以为了减少程序员手动回收，同时兼顾避免OOM，设计了一套弱引用自动回收机制。

由于threadLocal对象是弱引用，如果外部没有强引用指向的话，它就会被GC回收，那么这个时候导致Entry的key就为NULL，如果此时value外部也没有强引用指向的话，那么这个value就永远无法访问了，按道理也该被回收。但是由于entry还在强引用value，那么此时value就无法被回收，此时内存泄漏就出现了。本质原因是因为value成为了一个永远无法被访问也无法被回收的对象。

避免方法

每次使用完毕之后记得调用一下remove()方法清除数据。 ThreadLocal变量尽量定义成static final类型，避免频繁创建ThreadLocal实例。这样可以保证程序中一直存在ThreadLocal强引用，也能保证任何时候都能通过ThreadLocal的弱引用访问Entry的value值，从而进行清除。

ThreadLocal面试题