【Java核心知识】ThreadLocal相关知识

ThreadLocal

什么是ThreadLocal

ThreadLoacal类可以为每个线程保存一份独有的变量，该变量对于每个线程都是独占的。实现原理为每个Thread类中包含一个ThreadHashMap，key为变量的name，value为变量的值。

在日常使用中，我们可以通过set(value)方法设置值，然后通过get()方法获取值，示例代码如下：

我们通过线程池执行了五个线程，每个线程都有一份自己独有的id变量，实现了线程间的数据隔离。

@Slf4j
public class ThreadLocalTest {
    // ThreadLocal 变量，每个线程都有自己的副本
    private static final ThreadLocal<Integer> id = new ThreadLocal<>();

    @Test
    public void testThreadLocal() {
        // 创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        try {
            for (int i = 0; i < 5; i ++) {
                int finalI = i;
                executorService.execute(() -> {
                    // 设置ThreadLocal 变量    
                    id.set(finalI);
                    // 获取ThreadLocal变量
                    log.info("The id of thread {} is {}", Thread.currentThread().getName(), id.get());
                });
            }
        } finally {
            id.remove();
            executorService.shutdown();
        }
    }
}

传统的HashMap是链地址法，发生碰撞放入桶内；ThreadLocalMap是开放地址法，发生冲突放到后一位

实现原理

那如何实现这种线程间的数据隔离呢？一种容易想到的方法是在Map中进行存储，每个ThreadLocal变量内维护一个Map，其中key为每个线程的ID，value为对应的值。这样当调用get()方法时，会通过hash算法找到对应线程的值。

jdk也确实是这么做的，只不过存放元素Map的实现不是HashMap，而是ThreadLocalMap，解决冲突的做法是开放寻址法，即出现冲突就往下一个临近位置找，直到找到空位置。

早期的实现中，多个线程会共享一个ThreadLocalMap，这样随着线程数的增加，map就需要扩容，会消耗较多的资源；

后来，每个线程都有自己的一个ThreadLocalMap，各自保存自己的局部变量，key为变量名，value为变量值。

因为局部变量很少，所以一般不需要扩容。

内存泄漏

下面这张图是ThreadLocal对应的引用关系，可以看到，在新的设计下，ThreadLocalMap存在于Thread中，是和Thread的生命周期一致的。

ThreadLocalMap的key为ThreadLocal对象，value是对应的值，需要注意的是ThreadHashMap的key会使用弱引用，这主要是为了当ThreadLocal为null后，除了ThreadHashMap持有的弱引用外，没有别的强引用，ThreadLocal对象可以被GC回收。

但是这样就导致ThreadHashMap中对应的key为null，其value引用的对象不会被GC回收，从而出现了内存泄漏。

所以在使用完ThreadLocal变量后，尽量使用remove()方法进行清理，这样会把key为null的键值对删除。

再回到上面的示例，上面的示例我们使用final修饰了ThreadLocal，保证其不会被修改，这样做会导致ThreadLocal永远存在强引用，不会被释放，容易发生内存泄露，所以需要我们显示调用remove()方法进行清理。

参考链接

ThreadLocal的内存泄露？什么原因？如何避免？