ThreadLocal总结

ThreadLocal是java.lang包里的一个优秀的多线程工具。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，每个线程可以访问自己内部的副本变量，保证线程的安全。另一方面ThreadLocal也可以作为阅读源码的起点，代码量不多，但是设计的十分巧妙。

ThreadLocal原理

每个线程Thread持有一个变量ThreadLocalMap，Map的key就是ThreadLocal变量，value则是我们要存储的值。
使用threadLocal.set()方法储值时，首先通过Thread.currentThread()方法得到当前的线程，然后拿到当前线程持有的ThreadLocalMap，将键值对存在ThreadLocalMap中。
使用threadLocal.get()方法取值时，首先通过Thread.currentThread()方法得到当前的线程，然后拿到当前线程持有的ThreadLocalMap，根据threadLocal作为key查找对应的value，如果没取到会set一个value为默认值的键值对，并将默认值返回。
变量值实际上存储在线程Thread中的ThreadLocalMap中，因为每个线程都有属于自己的ThreadLocalMap，每个线程也只能操作属于自己的ThreadLocalMap，这就既保障了变量的线程安全，又为一些特殊的场景提供了一个有力的工具。

ThreadLocalMap原理

上面说到键值对都存在了ThreadLocalMap中，这是一个自己实现的类似于HashMap的集合。ThreadLocalMap使用内部静态类Entry来储值，Entry包含了对ThreadLocal的弱引用以及对值的强引用。这里为什么对Key使用弱引用，在下面会讲。ThreadLocalMap用哈希算法维护一个Entry数组用以存储Entry，用开放地址法来解决哈希冲突。
每个ThreadLocal对象都有一个属于自己的threadLocalHashCode，这个值由静态AtomicInteger变量nextHashCode每次加0x61c88647来维护，保证每个ThreadLocal的threadLocalHashCode值不同，并且最大程度下不会产生哈希碰撞。在get、set方法中，ThreadLocalMap使用threadLocalHashCode与数组的大小减一进行与运算，求得ThreadLocal在数组中的位置，如果此时产生了哈希冲突则遍历数组后面的位置一边清理ThreadLocalMap中key为null的键值对，一边找到空位储值或从位置中取值。
这里引申一点，这种线性探测的开放地址法在性能上有些差，当然这么设计有一方面是考虑要顺便清理废弃的键值对。因此Netty自己实现了一个FastThreadLocal来提升性能，有机会在以后会介绍一下FastThreadLocal的实现。

ThreadLocal线程泄露问题

上面说到了ThreadLocalMap是线程Thread持有的一个变量，而ThreadLocalMap中存放着作为key的ThreadLocal对象和作为value的我们存放的变量。需要注意的是在其他引用都是强引用的情况下，ThreadLocalMap对ThreadLocal的引用则是弱引用。这使得ThreadLocal在失去其他强引用时会被jvm回收掉，但是键值对中的value还保持着ThreadLocalMap本身的强引用不会被回收。这些value会随着ThreadLocalMap一直活到Thread的生命周期结束，也就是会造成一定意义上的内存泄露问题。
为了一定程度上的解决这个问题，ThreadLocalMap提供的set、get、remove方法都会清理ThreadLocalMap中key为null的键值对。但是如果线程一直存活且不调用这些方法还是会产生泄露问题，因此使用完变量后最好将其remove掉。
如果ThreadLocalMap使用强引用引用ThreadLocal会造成更严重的内存泄露问题。ThreadLocal在失去其他强引用时因为ThreadLocalMap对它一直保持着强引用而无法被回收掉。ThreadLocalMap也无法简单地判断哪个键值对是需要被回收的，只好引用着所有键值对直到线程生命周期结束后一起被回收。
这里引申一下Tomcat。Tomcat的Server组件中有一个ThreadLocalLeakPreventionListener监听器专门用来处理ThreadLocal可能造成的内存泄露问题。Tomcat的context重载时采用的方法是重新初始化一个Webclassloader类加载器。当context重载的时候，如果正在执行的线程引用了threadlocal中的对象，而该对象由Webclassloader加载，会造成整个webclassloader回收不了，从而造成内存泄露。Tomcat给出的解决方法是重载时把线程池中的所有线程销毁且重新创建，这样就不会有泄露的问题了。

InheritableThreadLocal

InheritableThreadLocal是ThreadLocal的子类，继承了ThreadLocal的所有使用方法。Thread中其实持有了两个ThreadLocalMap，一个比较常见用来存放ThreadLocal，另一个则用来存放InheritableThreadLocal。InheritableThreadLocal的特殊之处在于父线程新建线程时会将所有ThreadLocalMap中的InheritableThreadLocal继承给子线程。子线程在初始化时就会将父线程的所有InheritableThreadLocal键值对复制到子线程中，需要注意的是父子线程键值对的value引用的是同一个对象（相当于浅度拷贝），使用时需要考虑线程安全问题。