Java 超详细讲解ThreadLocal类的使用
作者：田埂、 发布时间：2021-11-13 05:58:29
Threadlocal有什么用：
简单的说就是，一个ThreadLocal在一个线程中是共享的，在不同线程之间又是隔离的（每个线程都只能看到自己线程的值）。如下图：
ThreadLocal使用实例
API介绍
在使用Threadlocal之前我们先看以下它的API：
ThreadLocal类的API非常的简单，在这里比较重要的就是get()、set()、remove(),set用于赋值操作，get用于获取变量的值，remove就是删除当前变量的值.需要注意的是initialValue方法会在第一次调用时被触发，用于初始化当前变量值，默认情况下initialValue返回的是null。
ThreadLocal的使用
说完了ThreadLocal类的API了，那我们就来动手实践一下了，来理解前面的那句话：一个ThreadLocal在一个线程中是共享的，在不同线程之间又是隔离的（每个线程都只能看到自己线程的值）
public class ThreadLocalTest {
private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
// 重写这个方法，可以修改“线程变量”的初始值，默认是null
@Override
protected Integer initialValue() {
return 0;
}
};
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//一号线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("一号线程set前：" + threadLocal.get());
threadLocal.set(1);
System.out.println("一号线程set后：" + threadLocal.get());
}
}).start();
//二号线程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("二号线程set前：" + threadLocal.get());
threadLocal.set(2);
System.out.println("二号线程set后：" + threadLocal.get());
}
}).start();
//主线程睡1s
Thread.sleep(1000);
//主线程
System.out.println("主线程的threadlocal值：" + threadLocal.get());
}
}
稍微解释一下上面的代码：
每一个ThreadLocal实例就类似于一个变量名，不同的ThreadLocal实例就是不同的变量名，它们内部会存有一个值（暂时这么理解）在后面的描述中所说的“ThreadLocal变量或者是线程变量”代表的就是ThreadLocal类的实例。
在类中创建了一个静态的 “ThreadLocal变量”，在主线程中创建两个线程，在这两个线程中分别设置ThreadLocal变量为1和2。然后等待一号和二号线程执行完毕后，在主线程中查看ThreadLocal变量的值。
程序结果及分析⌛
程序结果重点看的是主线程输出的是0，如果是一个普通变量，在一号线程和二号线程中将普通变量设置为1和2，那么在一二号线程执行完毕后在打印这个变量，输出的值肯定是1或者2（到底输出哪一个由操作系统的线程调度逻辑有关）。但使用ThreadLocal变量通过两个线程赋值后，在主线程程中输出的却是初始值0。在这也就是为什么“一个ThreadLocal在一个线程中是共享的，在不同线程之间又是隔离的”，每个线程都只能看到自己线程的值，这也就是 ThreadLocal的核心作用：实现线程范围的局部变量。
Threadlocal 的源码分析
原理
每个Thread对象都有一个ThreadLocalMap，当创建一个ThreadLocal的时候，就会将该ThreadLocal对象添加到该Map中，其中键就是ThreadLocal，值可以是任意类型。 这句话刚看可能不是很懂，下面我们一起看完源码就明白了。
前面我们的理解是所有的常量值或者是引用类型的引用都是保存在ThreadLocal实例中的，但实际上不是的，这种说法只是让我们更好的理解ThreadLocal变量这个概念。向ThreadLocal存入一个值，实际上是向当前线程对象中的ThreadLocalMap存入值，ThreadLocalMap我们可以简单的理解成一个Map，而向这个Map存值的key就是ThreadLocal实例本身。
源码
👉也就是说，想要存入的ThreadLocal中的数据实际上并没有存到ThreadLocal对象中去，而是以这个ThreadLocal实例作为key存到了当前线程中的一个Map中去了，获取ThreadLocal的值时同样也是这个道理。这也就是为什么ThreadLocal可以实现线程之间隔离的原因了。
内部类ThreadLocalMap
ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，实现了一套自己的Map结构✨
ThreadLocalMap属性：
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
//初始容量16
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
//散列表
private Entry[] table;
//entry 有效数量
private int size = 0;
//负载因子
private int threshold;
ThreadLocalMap设置ThreadLocal 变量
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//与运算 & (len-1) 这就是为什么 要求数组len 要求2的n次幂
//因为len减一后最后一个bit是1 与运算计算出来的数值下标 能保证全覆盖
//否者数组有效位会减半
//如果是hashmap 计算完下标后 会增加链表 或红黑树的查找计算量
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 从下标位置开始向后循环搜索 不会死循环 有扩容因子 必定有空余槽点
for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//一种情况 是当前引用 返回值
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
//槽点被GC掉 重设状态
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
//槽点为空 设置value
tab[i] = new Entry(key, value);
//设置ThreadLocal数量
int sz = ++size;
//没有可清理的槽点 并且数量大于负载因子 rehash
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
ThreadLocalMap属性介绍😎：
和普通Hashmap类似存储在一个数组内，但与hashmap使用的拉链法解决散列冲突不同的是 ThreadLocalMap使用开放地址法
数组 初始容量16，负载因子2/3
node节点 的key封装了WeakReference 用于回收
ThreadLocalMap存储位置
储存在Thread中，有两个ThreadLocalMap变量
threadLocals 在ThreadLocal对象方法set中去创建 也由ThreadLocal来维护
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
inheritableThreadLocals 和ThreadLocal类似 InheritableThreadLocal重写了createMap方法
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
inheritableThreadLocals 作用是将ThreadLocalMap传递给子线程
init方法中 条件满足后直接为子线程创建ThreadLocalMap
注意：
仅在初始化子线程的时候会传递 中途改变副线程的inheritableThreadLocals 变量 不会将影响结果传递到子线程 。
使用线程池要注意 线程不回收 尽量避免使用父线程的inheritableThreadLocals 导致错误
Key的弱引用问题
为什么要用弱引用,官方是这样回答的
To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.
为了处理非常大和生命周期非常长的线程，哈希表使用弱引用作为 key。
生命周期长的线程可以理解为：线程池的核心线程
ThreadLocal在没有外部对象强引用时如Thread，发生GC时弱引用Key会被回收，而Value是强引用不会回收，如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行如线程池中的线程，那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收，发生内存泄露。
key 使用强引用🌴： 引用的ThreadLocal的对象被回收了，但是ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用，如果没有手动删除，ThreadLocal不会被回收，导致Entry内存泄漏。
key 使用弱引用🌴： 引用的ThreadLocal的对象被回收了，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使没有手动删除，ThreadLocal也会被回收。value在下一次ThreadLocalMap调用set,get，remove的时候会被清除。
Java8中已经做了一些优化如，在ThreadLocal的get()、set()、remove()方法调用的时候会清除掉线程ThreadLocalMap中所有Entry中Key为null的Value，并将整个Entry设置为null，利于下次内存回收。
java中的四种引用
强引用📍： 如果一个对象具有强引用，它就不会被垃圾回收器回收。即使当前内存空间不足，JVM也不会回收它，而是抛出 OutOfMemoryError 错误，使程序异常终止。如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显式地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象
软引用📍： 在使用软引用时，如果内存的空间足够，软引用就能继续被使用，而不会被垃圾回收器回收，只有在内存不足时，软引用才会被垃圾回收器回收。（软引用可用来实现内存敏感的高速缓存,比如网页缓存、图片缓存等。使用软引用能防止内存泄露，增强程序的健壮性）
弱引用📍： 具有弱引用的对象拥有的生命周期更短暂。因为当 JVM 进行垃圾回收，一旦发现弱引用对象，无论当前内存空间是否充足，都会将弱引用回收。不过由于垃圾回收器是一个优先级较低的线程，所以并不一定能迅速发现弱引用对象
虚引用📍： 虚引用并不会决定对象的生命周期。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。虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。（注意哦，其它引用是被JVM回收后才被传入ReferenceQueue中的。由于这个机制，所以虚引用大多被用于引用销毁前的处理工作。可以使用在对象销毁前的一些操作，比如说资源释放等。）
通常ThreadLocalMap的生命周期跟Thread（注意线程池中的Thread）一样长，如果没有手动删除对应key（线程使用结束归还给线程池了，其中的KV不再被使用但又不会GC回收，可认为是内存泄漏），一定会导致内存泄漏，但是使用弱引用可以多一层保障：弱引用ThreadLocal会被GC回收，不会内存泄漏，对应的value在下一次ThreadLocalMap调用set,get,remove的时候会被清除，Java8已经做了上面的代码优化。
总结：
ThreadLocal的作用： 实现线程范围内的局部变量，即ThreadLocal在一个线程中是共享的，在不同线程之间是隔离的。
ThreadLocal的原理： ThreadLocal存入值时使用当前ThreadLocal实例作为key（并不是以当前线程对象作为key），存入当前线程对象中的Map中去。最开始在看源码之前，我以为是以当前线程对象作为key将对象存入到ThreadLocal中的Map中去…
来源：https://blog.csdn.net/weixin_51626435/article/details/123681994
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