第三天：对ThreadLocal理解

ThreadLocal是什么？

ThreadLocal，也就是线程本地变量。如果你创建了一个 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副本，多个线程操作这个变量的时候，实际是操作自己本地内存里面的变量，从而起到线程隔离的作用，避免了线程安全问题。
threadLocal内存结构图

ThreadLocal原理

ThreadLocal的set方法

public void set(T value) {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取线程中的属性 threadLocalMap ,如果threadLocalMap 不为空，
        //则直接更新要保存的变量值，否则创建threadLocalMap，并赋值
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            // 初始化thradLocalMap 并赋值
            createMap(t, value);
}

从上面的代码可以看出，ThreadLocal set赋值的时候首先会获取当前线程thread,并获取thread线程中的ThreadLocalMap属性。
如果map属性不为空，则直接更新value值，如果map为空，则实例化threadLocalMap,并将value值初始化。

ThreadLocalMap是什么

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;
            }
        }
 
        
    }

可看出ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部静态类，而它的构成主要是用Entry来保存数据 ，而且还是继承的弱引用。在Entry内部使用ThreadLocal作为key，使用我们设置的value作为value
key 的赋值，使用的是 WeakReference 的赋值。

ThreadLocal原理

1.Thread类有一个类型为 ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals，每个线程都有一个属于自己的 ThreadLocalMap。
2.ThreadLocalMap内部维护着 Entry数组，每个 Entry代表一个完整的对象，key是 ThreadLocal的弱引用，value是 ThreadLocal的泛型值。
3.每个线程在往 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，从而实现了线程隔离。
4.ThreadLocal本身不存储值，它只是作为一个 key来让线程往ThreadLocalMap里存取值。

ThreadLocal内存泄漏

threadLocal内存分配

为什么会内存泄漏？
ThreadLocalMap中使用的 key为 ThreadLocal的弱引用。“弱引用：只要垃圾回收机制一运行，不管 JVM的内存空间是否充足，都会回收该对象占用的内存。”那么现在问题就来了，弱引用很容易被回收，如果 ThreadLocal（ThreadLocalMap的 Key）被垃圾回收器回收了，但是 ThreadLocalMap生命周期和 Thread是一样的，它这时候如果不被回收，就会出现这种情况：ThreadLocalMap的 key没了，value还在，这就会造成了内存泄漏问题。

如何解决内存泄漏？
很简单，使用完 ThreadLocal后，及时调用 remove()方法释放内存空间。

为什么还要设计为弱引用呢？
key设计成弱引用同样是为了防止内存泄漏。假如 key被设计成强引用，如果 ThreadLocal Reference被销毁，此时它指向 ThreadLocal的强引用就没有了，但是此时 key还强引用指向 ThreadLocal，就会导致 ThreadLocal不能被回收，这时候就发生了内存泄漏的问题。
事实上，在 ThreadLocalMap 中的set/getEntry 方法中，会对 key 为 null（也即是 ThreadLocal 为 null ）进行判断，如果为 null 的话，那么会把 value 置为 null 的．这就意味着使用threadLocal , CurrentThread 依然运行的前提下．就算忘记调用 remove 方法，弱引用比强引用可以多一层保障：弱引用的 ThreadLocal 会被回收．对应value在下一次 ThreadLocaI 调用 get()/set()/remove() 中的任一方法的时候会被清除，从而避免内存泄漏．

ThreadLocalMap如何hash冲突

我们可能都知道 HashMap使用了链表来解决冲突，也就是所谓的链地址法。ThreadLocalMap没有使用链表，自然也不是用链地址法来解决冲突了，它用的是另外一种方式——开放定址法。开放定址法是什么意思呢？简单来说，就是这个坑被人占了，那就接着去找空着的坑。

如上图所示，如果我们插入一个 value=27的数据，通过 hash计算后应该落入第 4个槽位中，而槽位 4已经有了 Entry数据，而且 Entry数据的key和当前不相等。此时就会线性向后查找，一直找到 Entry为 null的槽位才会停止查找，把元素放到空的槽中。
在 get的时候，也会根据 ThreadLocal对象的 hash值，定位到 table中的位置，然后判断该槽位 Entry对象中的 key是否和 get的 key一致，如果不一致，就判断下一个位置。

ThreadLocalMap扩容机制

ThreadLocalMap扩容的两个条件:
1.在 ThreadLocalMap.set() 方法的最后，如果执行完 启发式清理（源码中：cleanSomeSlots() 方法 ） 工作后，未清理到任何数据 && 当前散列数组中 Entry 的数量已经达到了列表的扩容阈值(len*2/3)，就开始执行rehash()逻辑：
2.rehash() 中，先进行一轮 探测式清理（源码中：expungeStaleEntry() 方法） 流程，然后判断size >= threshold - threshold / 4 也就是size >= threshold * 3/4 来决定是否扩容
每次扩容为原来数组大小的2倍（ThreadLocalMap初始容量为16，必须是2的次幂）

resize()
扩容后的tab的大小为oldLen * 2，然后遍历老的散列表，重新计算hash位置，然后放到新的tab数组中，如果出现hash冲突则往后寻找最近的 entry 为 null 的槽位，遍历完成之后，oldTab中所有的entry数据都已经放入到新的tab中了。重新计算tab下次扩容的阈值

ThreadLocal使用场景

1、每个线程需要有自己单独的实例
2、实例需要在多个方法中共享，但不希望被多线程共享
对于第一点，每个线程拥有自己实例，实现它的方式很多。例如可以在线程内部构建一个单独的实例。ThreadLoca 可以以非常方便的形式满足该需求。

对于第二点，可以在满足第一点（每个线程有自己的实例）的条件下，通过方法间引用传递的形式实现。ThreadLocal 使得代码耦合度更低，且实现更优雅
如：存储用户session，数据库连接处理数据库事务，数据跨层传递（controller,service, dao），Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题