ThreadLocal详解

一、什么是ThreadLocal

1、什么是ThreadLocal&为什么用ThreadLocal

ThreadLocal，即线程本地变量，在类定义中的注释如此写This class provides thread-local variables。如果创建了一个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拷贝，多个线程操作这个变量的时候，实际是在操作自己本地内存里面的变量，从而起到线程隔离的作用，避免了并发场景下的线程安全问题。属于空间换时间的解决线程安全问题的方案。

2、ThreadLocal的使用场景

• 在某些项目中，日志需要存储用户的信息，因此在切面中，可以使用ThreadLocal存储用户信息，或者使用ThreadLocal存储各个接口的返回结果，在切面中统一处理
• 在格式化日期的时候，用到SimpleDateFormat，需要使用Thread Local来保证线程安全，如下

public class test {
    private static final SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                try {
                    System.out.println(sdf.parse("2023-03-17 10:34:30"));
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

出现了线程安全问题，接下来，我们使用ThreadLocal处理

public class test {
    private static final ThreadLocal sdf = ThreadLocal.withInitial(()-> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                try {
                    System.out.println(sdf.get().parse("2023-03-17 10:34:30"));
                } catch (ParseException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}

这是因为SimpleDateFormat是一个线程不安全类，在多线程情况下会出现问题，而通过ThreadLocal处理后，变成了每个线程私有的一个类，因此成功运行。

二、ThreadLocal的原理

1、关键代码分析

先来看下Thread类中与ThreadLocal有关的代码和ThreadLocal的关键代码

class Thread{
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

从代码中可以看到，ThreadLocal.ThreadLocalMap是Thread的一个属性，也就是说，一个线程持有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap对象。

class ThreadLocal{
	//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);
    }
    //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();
    }
    //ThreadLocalMap类
    static class ThreadLocalMap{
         private Entry[] table;
         static class Entry extends WeakReference>{
             Object value;
             Entry(ThreadLocalk, Object v){
                 super(k);
                 value = v;
             }
         }
    }
    //获取map方法
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
}

ThreadLocalMap是ThreadLocal类的静态内部类，ThreadLocalMap内部维护了Entry数组，每个Entry是一个完整的key-value对象，其中key为ThreadLocal本身。接着看ThreadLocal的get/set方法，都是先获取当前线程对象t，然后通过getMap方法返回当前线程对象t的threadLocals对象，也就是线程持有的ThreadLocalMap对象，然后将当前线程对象作为key传入，从ThreadLocalMap对象中获取值或者设置值。综上，我们可以做出一个结构图。

2、ThreadLocal和Thread结构图

3、ThreadLocal原理概述

综合上面的代码分析和结构图，我们可以得出ThreadLocal的基本原理

Thread线程类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals，即每个线程都有一个属于自己的ThreadLocalMap。
ThreadLocalMap内部维护着Entry数组，每个Entry代表一个完整的对象，key是ThreadLocal本身，value是ThreadLocal的泛型值。
并发多线程场景下，每个线程Thread，在往ThreadLocal里设置值的时候，都是往自己的ThreadLocalMap里存，读也是以某个ThreadLocal作为引用，在自己的map里找对应的key，从而可以实现了线程隔离。

三、引用问题&内存泄漏

1、Java的引用类型

• 强引用：我们常用的new对象就是强引用，Object obj = new Object();这种引用对象在内存不足时，jvm宁愿抛出oom错误也不会被回收
• 软引用：在内存足够的时候，软引用对象不会被回收，只有在内存不足时，系统则会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
• 弱引用：无论内存是否足够，只要jvm开始进行垃圾回收，那些被弱引用关联的对象都会被回收
• 虚引用：如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。

/**
 * 测试引用类型，jvm参数设置为-Xms10M -Xmx10M
 */
public class test {
    private static List