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Java并发编程实战———ThreadLocal深度解析

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ThreadLocal提供了线程的局部变量，每个线程都可以通过set()和get()来对这个局部变量进行操作，但不会和其他线程的局部变量进行冲突，实现了线程的数据隔离。

如何使用ThreadLocal

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public class Main {
  private ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();

  public void start() {
    for(int i=0; i<10; i++) {
      new Thread(new Runnable() {
        @override
        public void run() {
          threadLocal.set(i);
          threadLocal.get();
          threadLocal.remove();
        }
      }).start();
    }
  }
}

首先需要创建一个线程共享的ThreadLocal对象，该对象用于存储Integer类型的值，然后在每条线程中调用以下方法操作ThreadLocal:

  • set(obj)：向当前线程中存储数据
  • get()：获取当前线程中的数据
  • remove()：删除当前线程中的数据

ThreadLocal实现原理

ThreadLocal

ThreadLocal并不维护ThreadLocalMap，它只是相当于一个工具包，提供了操作该容器的方法，如get、set、remove等。而ThreadLocal内部类ThreadLocalMap才是存储数据的容器，并且该容器由Thread维护。

每一个Thread对象均含有一个ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，它存储本线程中所有ThreadLocal对象及其对应的值。

ThreadLocalMap由一个个Entry对象构成，Entry的代码如下：

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static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

Entry继承自WeakReference<ThrealLocal<?>>，一个Entry由ThreadLocal对象和Object构成。由此可见，Entry的key是ThreadLocal对象，并且是一个弱引用。当没指向key的强引用后，该key就会被垃圾收集器回收。

ThreadLocal的set和get方法：

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public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

当执行set方法时，ThreadLocal首先会获取当前线程对象，然后获取当前线程的ThreadLocalMap对象。再以当前ThreadLocal对象为key，将值存储进ThreadLocalMap对象中。

get方法执行过程类似。ThreadLocal首先会获取当前线程对象，然后获取当前线程的ThreadLocalMap对象。再以当前ThreadLocal对象为key，获取对应的value。

由于每一条线程均含有各自私有的ThreadLocalMap容器，这些容器相互独立互不影响，因此不会存在线程安全性问题，从而也无需使用同步机制来保证多条线程访问容器的互斥性。

ThreadLocal的内存泄露问题

在ThreadLocalMap中，只有key是弱引用，value仍然是一个强引用。当某一条线程中的ThreadLocal使用完毕，没有强引用指向它的时候，这个key指向的对象就会被垃圾收集器回收，从而这个key就变成了null；然而，此时value和value指向的对象之间仍然是强引用关系，只要这种关系不解除，value指向的对象永远不会被垃圾收集器回收，从而导致内存泄漏！

不过不用担心，ThreadLocal提供了这个问题的解决方案。

每次操作set、get、remove操作时，ThreadLocal都会将key为null的Entry删除，从而避免内存泄漏。

那么问题又来了，如果一个线程运行周期较长，而且将一个大对象放入ThreadLoalMap后便不再调用set、get、remove方法，此时该仍然可能会导致内存泄漏。

这个问题确实存在，没办法通过ThreadLocal解决，而是需要程序员在完成ThreadLocal的使用后要养成手动调用remove的习惯，从而避免内存泄漏。

求鼓励，求支持！