前言

ThreadLocal想必都不陌生，当多线程访问同一个共享变量时，就容易出现并发问题，为了保证线程安全，我们需要对共享变量进行同步加锁，但这又带来了性能消耗以及使用者的负担，那么有没有可能当我们创建一个共享变量时，每个线程对其访问的时候访问的都是自己线程的变量呢？没错那就是ThreadLocal。

ThreadLocal使用

举个简单例子：
比如实现一些数据运算的操作，过程中可能需要借助一个临时表去处理数据，临时表有一列存的每一次的执行ID，执行完成根据此次的执行ID进行删除临时表数据。可以使用一个ThreadLocal来存储当前线程的执行ID。

public class DataSyncServiceImpl {

    private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DataSyncServiceImpl.class);

    private static final ThreadLocal<String> execLocalId = ThreadLocal.withInitial(()->new String());

    @Autowired
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    /**
     * 借助临时表进行数据运算操作
     * 临时表字段（id，execution_id）
     */
    public void calculateData(String key){
        try {
            execLocalId.set(UUID.randomUUID().toString());
            calculate();
            check();
            System.out.println("同步数据...");
        }finally {
            destory();
        }

    }

    private void calculate(){
        try {
            System.out.println("数据运算");
            String execId = execLocalId.get();
            //...
            Thread.sleep(1000L);
        } catch (InterruptedException e) {
            logger.error("执行异常！",e);
        }
    }

    private void check(){
        try {
            System.out.println("数据运算");
            String execId = execLocalId.get();
            //...
            Thread.sleep(1000L);
        } catch (InterruptedException e) {
            logger.error("执行异常！",e);
        }
    }

    private void destory(){
        //根据execution_id删除临时表数据
        StringBuffer sql = new StringBuffer();
        sql.append("delete from temp_table where execution_id = ?");
        jdbcTemplate.update(sql.toString(),execLocalId.get());
        execLocalId.remove();
    }
}

这样的话保证了每一个请求线程都有自己的执行ID，清除数据时互不影响。

ThreadLocal实现原理

进入Thread类，可以看到这样两个变量，threadLocals和inheritableThreadLocals，他们都是ThreadLocalMap类型，而ThreadLocalMap是一个类似Map的结构。默认情况下两个变量都为null，当前线程调用set或者get时才会创建。也就是说ThreadLocal变量其实是存在调用线程的内存空间中。每个Thread线程都保存了一个共享变量的副本。

1、threadLocals：当前线程的ThreadLocal变量
2、inheritableThreadLocals：解决子线程不能访问父线程中的ThreadLocal变量

ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是一个key为ThreadLocal本身，值为存入的value，对于不同的线程，每次获取副本时，别的线程不能获取到当前线程的副本值，形成了隔离。

Thread和ThreadLocal的关系

在这里插入图片描述

Set方法源码分析

    * 设置当前线程对应的ThreadLocal的值
    * @param value 将要保存在当前线程对应的ThreadLocal的值
    */
   public void set(T value) {
       // 获取当前线程对象
       Thread t = Thread.currentThread();
       // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
       ThreadLocalMap map = getMap(t);
       // 判断map是否存在
       if (map != null)
           // 存在则调用map.set设置此实体entry,this这里指调用此方法的ThreadLocal对象
           map.set(this, value);
       else
           // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
           // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
           // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中
           createMap(t, value);
   }

/**
    * 获取当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
    * 
    * @param  t the current thread 当前线程
    * @return the map 对应维护的ThreadLocalMap 
    */
   ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
       return t.threadLocals;
   }
   
   /**
    *创建当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
    * @param t 当前线程
    * @param firstValue 存放到map中第一个entry的值
    */
   void createMap(Thread t, T firstValue) {
       //这里的this是调用此方法的threadLocal
       t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
   }

执行步骤：

获取当前线程，根据当前线程获取到ThreadlocalMap，即threadLocals；
如果获取到的Map不为空，则设置value，key为调用此方法的ThreadLocal引用；
如果Map为空，则先调用createMap创建，再设置value。

Get方法源码分析

     * 返回当前线程中保存ThreadLocal的值
     * 如果当前线程没有此ThreadLocal变量，
     * 则它会通过调用{@link #initialValue} 方法进行初始化值
     * @return 返回当前线程对应此ThreadLocal的值
     */
    public T get() {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null) {
            // 以当前的ThreadLocal 为 key，调用getEntry获取对应的存储实体e
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            // 对e进行判空 
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                // 获取存储实体 e 对应的 value值,即为我们想要的当前线程对应此ThreadLocal的值
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        /*
        	初始化 : 有两种情况有执行当前代码
        	第一种情况: map不存在，表示此线程没有维护的ThreadLocalMap对象
        	第二种情况: map存在, 但是没有与当前ThreadLocal关联的entry
         */
        return setInitialValue();
    }

    /**
     * 初始化
     * @return the initial value 初始化后的值
     */
    private T setInitialValue() {
        // 调用initialValue获取初始化的值
        // 此方法可以被子类重写, 如果不重写默认返回null
        T value = initialValue();
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 判断map是否存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
        // 返回设置的值value
        return value;
    }

执行步骤：

1、获取当前线程，获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象；
2、如果Map不为空，则通过当前调用的ThreadLocal对象获取Entry;
3、判断Entry不为空，则直接返回value；
4、Map或Entry为空，则通过initialValue函数获取初始值value，然后用ThreadLocal的引用和value作为Key和Value创建一个新的Map。

内存泄漏

在这里插入图片描述

从ThreadLocal整体设计上我们可以看到，key持有ThreadLocal的弱引用，GC的时候会被回收，即Entry的key为null。但是当我们没有手动删除这个Entry或者线程一直运行的前提下，存在有强引用链 threadRef->currentThread->threadLocalMap->entry -> value ，value不会被回收，导致内存泄漏。

出现内存泄漏的情况：

1、没有手动删除对应的Entry节点信息，value一直存在。
2、ThreadLocal 对象使用完后，对应线程仍然在运行。

避免内存泄露：

1、使用完ThreadLocal，调用其remove方法删除对应的Entry。
2、对于第二种情况，因为使用了弱引用，当ThreadLocal 使用完后，key的引用就会为null，而在调用ThreadLocal 中的get()/set()方法时，当判断key为null时会将value置为null，这就就会在jvm下次GC时将对应的Entry对象回收，从而避免内存泄漏问题的出现。
在这里插入图片描述