深入理解Threadlocal
1、这东西是什么东西？
ThreadLocal叫做线程变量，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。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，多个线程互不干扰。
在并发编程中，多线程访问共享变量时，我们一般是用synchronized来保证同一时刻只能有一个线程操作共享变量，还可以用ThreadLocal，把类变量放入ThreadLocal类型变量中，使每个变量线程都有独立的拷贝，互不影响。
使用场景
数据库连接
Session管理
2、为什么有这么一个东西，它有什么用?
多线程访问同一个共享变量的时候容易出现并发问题，特别是多个线程对一个变量进行写入的时候，为了保证线程安全，一般使用者在访问共享变量的时候需要进行额外的同步措施才能保证线程安全性。ThreadLocal是除了加锁这种同步方式之外的一种保证一种规避多线程访问出现线程不安全的方法，当我们在创建一个变量后，如果每个线程对其进行访问的时候访问的都是线程自己的变量这样就不会存在线程不安全问题。
3、主要api
static final ThreadLocal<T> sThreadLocal = new ThreadLocal<T>();
sThreadLocal.set()
sThreadLocal.get()
4、使用案例
public class ThreadLocalDemo {
static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal();
static void print(String str) {
//打印当前线程中本地内存中本地变量的值
System.out.println(str + " :" + threadLocal.get());
//清除本地内存中的本地变量
threadLocal.remove();
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
//设置线程1中本地变量的值
threadLocal.set("localVar1");
//调用打印方法
print("thread1");
//打印本地变量
System.out.println("after remove : " + threadLocal.get());
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
//设置线程1中本地变量的值
threadLocal.set("localVar2");
//调用打印方法
print("thread2");
//打印本地变量
System.out.println("after remove : " + threadLocal.get());
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
4、原理解析
主要是ThreadLocalMap维护各个线程的副本，使用的时候先设置本地变量值，设置也就是set的时候先判断如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前线程，值为添加的本地变量值，如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map，在get方法的实现中，首先获取当前调用者线程，如果当前线程的threadLocals不为null，就直接返回当前线程绑定的本地变量值，否则执行setInitialValue方法初始化threadLocals变量。
主要方法
set方法
public void set(T value) {
//获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//实际存储的数据结构类型
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//如果存在map就直接set，没有则创建map并set
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
//getMap方法
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
//thred中维护了一个ThreadLocalMap
return t.threadLocals;
}
//createMap
void createMap(Thread t, T firstValue) {
//实例化一个新的ThreadLocalMap，并赋值给线程的成员变量threadLocals
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
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();
}
//ThreadLocalMap中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);
}
ThreadLocalMap解析
//Entry为ThreadLocalMap静态内部类，对ThreadLocal的若引用
//同时让ThreadLocal和储值形成key-value的关系
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
/**
* The initial capacity -- MUST be a power of two.
*/
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
//ThreadLocalMap构造方法
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
//内部成员数组，INITIAL_CAPACITY值为16的常量
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//位运算，结果与取模相同，计算出需要存放的位置
//threadLocalHashCode比较有趣
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
在实例化ThreadLocalMap时创建了一个长度为16的Entry数组。通过hashCode与length位运算确定出一个索引值i，这个i就是被存储在table数组中的位置。
一个Thread来说只有持有一个ThreadLocalMap，线程副本存储在一个数组的不同位置，而这个数组就是上面提到的Entry型的数组table。
存放的位置
计算出确定的索引值i
我们来看ThreadLocalMap中set方法。
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
// We don't use a fast path as with get() because it is at
// least as common to use set() to create new entries as
// it is to replace existing ones, in which case, a fast
// path would fail more often than not.
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//获取索引值，这个地方是比较特别的地方
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
//遍历tab如果已经存在则更新值
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;
}
}
//如果上面没有遍历成功则创建新值
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
//满足条件数组扩容x2
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
可以看出索引值计算
哈希函数，确定数组的存放下标
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1)
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1)
简而言之就是将threadLocalHashCode进行一个位运算（取模）得到索引i，
threadLocalHashCode代码如下
//ThreadLocal中threadLocalHashCode相关代码.
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
/**
* The next hash code to be given out. Updated atomically. Starts at
* zero.
*/
private static AtomicInteger nextHashCode =
new AtomicInteger();
/**
* The difference between successively generated hash codes - turns
* implicit sequential thread-local IDs into near-optimally spread
* multiplicative hash values for power-of-two-sized tables.
*/
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
/**
* Returns the next hash code.
*/
private static int nextHashCode() {
//自增
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
下面解析构造函数中的int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1)这段代码
ThreadLocal被构造的时候就会生成，相当于一个ThreadLocal的ID
/*
* 生成hash code间隙为这个魔数，可以让生成出来的值或者说ThreadLocal的ID较为均匀地分布在2的幂大小的数组中。
*/
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
0x61c88647是一个魔数，这个魔数的选取与斐波那契散列有关，0x61c88647对应的十进制为1640531527。斐波那契散列的乘数可以用(long) ((1L << 31) * (Math.sqrt(5) - 1))可以得到2654435769，如果把这个值给转为带符号的int，则会得到-1640531527。换句话说
(1L << 32) - (long) ((1L << 31) * (Math.sqrt(5) - 1))得到的结果就是1640531527也就是0x61c88647。通过理论与实践，当我们用0x61c88647作为魔数累加为每个ThreadLocal分配各自的ID也就是threadLocalHashCode再与2的幂取模，得到的结果分布很均匀。
ThreadLocalMap使用的是线性探测法，均匀分布的好处在于很快就能探测到下一个临近的可用slot，从而保证效率。这就回答了上文抛出的为什么大小要为2的幂的问题。为了优化效率。
对于& (INITIAL_CAPACITY - 1)，相信有过算法竞赛经验或是阅读源码较多的程序员，一看就明白，对于2的幂作为模数取模，可以用&(2n-1)来替代%2n，位运算比取模效率高很多。至于为什么，因为对2^n取模，只要不是低n位对结果的贡献显然都是0，会影响结果的只能是低n位。
可以说在ThreadLocalMap中，形如key.threadLocalHashCode & (table.length - 1)（其中key为一个ThreadLocal实例）这样的代码片段实质上就是在求一个ThreadLocal实例的哈希值，只是在源码实现中没有将其抽为一个公用函数。
ThreadLocal内存泄漏
每个Thread 都有一个map,里面存着Entry
但是由于value还在currentThread->Map->Entry->value中，因此导致了内存泄漏
如何避免上述弱引用引发的内存泄漏？
使用完ThreadLocal时，及时调用它的的remove方法清除数据。
使用场景
1、数据库连接管理：
同一事务多DAO共享同一Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public class ConnectionManager {
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
@Override
protected Connection initialValue() {
Connection conn = null;
try {
conn = DriverManager.getConnection(
"jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",
"password");
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
return conn;
}
};
public static Connection getConnection() {
return connectionHolder.get();
}
public static void setConnection(Connection conn) {
connectionHolder.set(conn);
}
}
2、SpringMvc的单例线程安全
在Spring中，绝大部分Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态，因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了