1.對ThreadLocal的理解

ThreadLocal，也叫線程本地變量或線程本地存儲。ThreadLocal爲變量在每個線程中都創建了一個副本，那麼每個線程可以訪問自己內部的副本變量。我們先來看一個例子：

class ConnectionManager {
     
    private static Connection connect = null;
     
    public static Connection openConnection() {
        if(connect == null){
            connect = DriverManager.getConnection();
        }
        return connect;
    }
     
    public static void closeConnection() {
        if(connect!=null)
            connect.close();
    }
}

假設有這樣一個數據庫連接管理類，這段代碼在單線程中使用時沒有任何問題的，但是如果在多線程中使用呢？很顯然，在多線程中使用會存在線程安全問題：第一，這裏面2個方法都沒有進行同步，很可能在openConnection方法中多次創建connect；第二，由於connect是共享變量，那麼必然在調用connect的地方需要使用同步來保障線程安全，因爲很可能一個線程在使用connect進行數據庫操作，而另外一個線程調用closeConnection關閉連接。

所以出於線程安全考慮，必須將這段代碼的兩個方法進行同步處理，並且在調用connect的地方需要進行同步處理

這將會大大影響程序的執行效率，因爲一個線程在使用connect進行數據庫操作的時候，其他線程只有等待

那麼大家來仔細的分析一下這個問題，這地方到底需不需要將connect變量進行共享？事實上，是不需要的。假如每個線程中都有一個connect變量，各個線程之間對connect變量的訪問實際上是沒有依賴關係的，即一個線程不關心其他線程是否對這個connect進行了修改。

到這裏，可能會有這樣的考慮，既然不需要在線程之間共享這個變量，可以直接這樣處理，在每個需要使用數據庫連接的方法中具體使用時才創建數據庫連接，然後在方法調用完畢在釋放這個連接，比如下面這樣：

class ConnectionManager {
     
    private  Connection connect = null;
     
    public Connection openConnection() {
        if(connect == null){
            connect = DriverManager.getConnection();
        }
        return connect;
    }
     
    public void closeConnection() {
        if(connect!=null)
            connect.close();
    }
}
 
 
class Dao{
    public void insert() {
        ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager();
        Connection connection = connectionManager.openConnection();
         
        //使用connection進行操作
         
        connectionManager.closeConnection();
    }
}

這樣處理確實也沒有任何問題，由於每次都是在方法內部創建的連接，那麼線程之間自然不存在線程安全問題。但是這樣會有一個致命影響：導致服務器壓力非常大，並且嚴重影響程序執行性能。由於在方法中需要頻繁地開啓和關閉數據庫連接，這樣不僅嚴重影響程序執行效率，還可導致服務器壓力巨大。

這種情況下使用ThreadLocal是再適合不過了，因爲ThreadLocal在每個線程中對該變量會創建一個副本，即每個線程內部都會有一個該變量，且在線程內部都會有一個該變量，且在線程內部任何地方都可以使用，線程之間互不影響，這樣一來就不存在線程安全問題，也不會嚴重影響程序執行性能

但是要注意，雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題，但是由於在每個線程中都創建了副本，所以要考慮它對資源的消耗，比如內存的佔用會不不使用ThreadLocal要大

2.深入理解ThreadLocal類

現在來看看ThreadLocal是如何實現的

先了解一下ThreadLocal類提供的幾個方法

public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { }

get()方法是用來獲取ThreadLocal在當前線程中保存的副本變量，set()用來設置當前線程中變量的副本，remove()用來移除當前線程中變量的副本，initialValue()是一個protected方法，一般用來在使用時進行重寫，他是一個延時加載方法，下面會詳細說明：

首先看一下ThreadLocal類是如何爲每個線程創建一個變量的副本的

先看下get方法的實現：

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();
}

第一句是獲得當前線程，然後通過getMap(t)方法獲取到一個map，map的類型爲ThreadLocalMap。然後接着下面獲取到<key,value>鍵值對，注意這裏獲取鍵值對傳進行的是 this，而不是當前線程t

如果獲取成功，則返回value值

如果map爲空，則調用setInitialValue方法返回value。

我們來具體分析下getMap方法中做了什麼：

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

其實就是返回當前線程t中的一個成員變量threadLocals，我們繼續看下變量threadLocals是什麼：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

實際上就是一個ThreadLocalMap，這個類型是ThreadLocal類的一個內部類，我們繼續取看ThreadLocalMap的實現：

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;
        }
    }
}

可以看到ThreadLocalMap的Entry繼承了WeakReference，並且使用ThreadLocal作爲鍵值。

繼續看看setInitialValue方法的具體實現：

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;
}

很容易理解，就是如果map不爲空，就設置鍵值，爲空，就創建Map，看一個createMap的實現：

void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

至此，差不多就明白了ThreadLocal是如何爲每個線程創建變量的副本的：

首先，在每個線程Thread內部有一個ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的成員變量threadLocals，這個threadLocals就是用來存儲實際的變量副本的，鍵值爲當前ThreadLocal變量，value爲變量副本（即T類型的變量）

初始時，在Thread裏面，ThreadLocals爲空，當通過ThreadLocal變量調用get()方法或者set()方法，就會對Thread類中的threadLocals進行初始化，並且以當前ThreadLocal變量爲鍵值，以ThreadLocal要保存的副本變量爲value，存到threadLocals。

然後在當前線程裏面，如果要使用副本變量，就可以通過get方法在threadLocals裏面查找。

下面通過一個例子來證明通過ThreadLocal能達到在每個線程中創建變量副本的效果：

public class Test {
    ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
    ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();
 
     
    public void set() {
        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
    }
     
    public long getLong() {
        return longLocal.get();
    }
     
    public String getString() {
        return stringLocal.get();
    }
     
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Test test = new Test();
         
         
        test.set();
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
     
         
        Thread thread1 = new Thread(){
            public void run() {
                test.set();
                System.out.println(test.getLong());
                System.out.println(test.getString());
            };
        };
        thread1.start();
        thread1.join();
         
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
    }
}

運行後會發現，在main線程中和thread1線程中，longLocal保存的副本和stringLocal保存的副本值都不一樣。最後一次在main線程再次打印副本值是爲了證明在main線程中和thread1線程中的副本值確實是不同的。

總結一下：

實際上通過ThreadLocal創建的副本是存儲在每個線程自己的threadLocals中
爲何threadLocals的類型ThreadLocalMap的鍵值爲ThreadLocal對象，因爲每個線程中可有多個threadLocal變量，就像上面代碼中的longLocal和stringLocal
在進行get之前，必須先set，否則會報空指針異常

如果想在get之前不需要調用set就能正常訪問的話，就必須重寫initialValue()方法

因爲在上面的代碼分析過程中，我們發現如果沒有先set的話，即在map中查不到對應的存儲，則會通過調用setInitialValue()方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一個語句是T value = initialValue()，而默認情況下，initialValue返回的都是null。

看下面這個例子：

public class Test {
    ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
    ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();
 
    public void set() {
        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
    }
     
    public long getLong() {
        return longLocal.get();
    }
     
    public String getString() {
        return stringLocal.get();
    }
     
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Test test = new Test();
         
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
 
        Thread thread1 = new Thread(){
            public void run() {
                test.set();
                System.out.println(test.getLong());
                System.out.println(test.getString());
            };
        };
        thread1.start();
        thread1.join();
         
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
    }
}

在main線程中，沒有先set，直接get的話，運行時會報空指針異常。

但是如果改成下面這段代碼，即重寫了initialValue方法：

public class Test {
    ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>(){
        protected Long initialValue() {
            return Thread.currentThread().getId();
        };
    };
    ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>(){
        protected String initialValue() {
            return Thread.currentThread().getName();
        };
    };
 
     
    public void set() {
        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
    }
     
    public long getLong() {
        return longLocal.get();
    }
     
    public String getString() {
        return stringLocal.get();
    }
     
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Test test = new Test();
 
        test.set();
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
     
         
        Thread thread1 = new Thread(){
            public void run() {
                test.set();
                System.out.println(test.getLong());
                System.out.println(test.getString());
            };
        };
        thread1.start();
        thread1.join();
         
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
    }
}

就可以直接不用先set而直接調用get了。

3.ThreadLocal的應用場景

最常見的ThreadLocal使用場景爲用來解決數據庫連接、Session管理等。

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
  public Connection initialValue() {
    return DriverManager.getConnection(DB_URL);
  }
};
 
public static Connection getConnection() {
  return connectionHolder.get();
}

private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();
 
public static Session getSession() throws InfrastructureException {
    Session s = (Session) threadSession.get();
    try {
        if (s == null) {
            s = getSessionFactory().openSession();
            threadSession.set(s);
        }
    } catch (HibernateException ex) {
        throw new InfrastructureException(ex);
    }
    return s;
}

4.ThreadLocal會不會造成內存泄露？

爲什麼這樣認爲：(ThreadLocalMap是使用ThreadLocal的弱引用作爲Key的。如果一個ThreadLocal沒有外部強引用引用他，那麼在系統GC的時候，這個對象會被回收，這樣一來，ThreadLocalMap中的鍵就爲null，無法訪問，如果當前線程遲遲不結束的話，這些key爲null的Entry的value就會一直存在一條強引用鏈。永遠無法回收)

但其實並不會：整理出ThreadLocalMap的getEntry函數的流程：

首先從ThreadLocal的直接索引位置（位置通過ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len-1)）獲得Entry e，如果e不爲null並且key相同則返回e。
如果e爲null或者key不一致則向下一個位置查詢，如果下一個位置的key和當前需要查詢的key相等，則返回對應的Entry，另外，如果key值爲null，則擦除該位置的Entry，否則繼續向下一個位置查詢。

由上可以看出，在這個過程中遇到的key爲null的Entry都會被擦除，那麼Entry內的value也就沒有強引用鏈，自然會被回收。set也有類型的思想。但是這個思路必須在調用set和get函數的前提下才能實現，所以很多情況下需要手動調用remove函數，手動刪除不需要的TreadLocal。

JDK建議將ThreadLocal變量定義爲private static的，這樣的話ThreadLocal的生命週期就更長，由於一直存在ThreadLocal的強引用，所以ThreadLocal就不會回收，也就能保證任何時候都能根據ThreadLocal的弱引用訪問到Entry的value值，然後remove，防止內存泄露

【Java多線程】之ThreadLocal分析

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2.深入理解ThreadLocal類

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