简介
多线程访问同一个共享变量的时候容易出现并发问题，特别是多个线程对一个变量进行写入的时候，为了保证线程安全，一般使用者在访问共享变量的时候需要进行额外的同步措施才能保证线程安全性。ThreadLocal是除了加锁这种同步方式之外的一种保证一种规避多线程访问出现线程不安全的方法，当我们在创建一个变量后，如果每个线程对其进行访问的时候访问的都是线程自己的变量这样就不会存在线程不安全问题。
ThreadLocal是JDK包提供的，它提供线程本地变量，如果创建了一个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副本，在实际多线程操作的时候，操作的是自己本地内存中的变量，从而规避了线程安全问题。
简单使用
下面的例子中，开启两个线程，在每个线程内部设置了本地变量的值，然后调用print方法打印当前本地变量的值。如果在打印之后调用本地变量的remove方法会删除本地内存中的变量
public class ThreadLocalTest {
static ThreadLocal<String> localVar = new ThreadLocal<>();
static void print(String str) {
//打印当前线程中本地内存中本地变量的值
System.out.println(str + " :" + localVar.get());
//清除本地内存中的本地变量
localVar.remove();
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//设置线程1中本地变量的值
localVar.set("localVar1");
//调用打印方法
print("thread1");
//打印本地变量
System.out.println("after remove : " + localVar.get());
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//设置线程1中本地变量的值
localVar.set("localVar2");
//调用打印方法
print("thread2");
//打印本地变量
System.out.println("after remove : " + localVar.get());
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
运行结果：
图1.png
实现原理
下面是ThreadLocal的类图结构，从图中可知：Thread类中有两个变量threadLocals和inheritableThreadLocals，二者都是ThreadLocal内部类ThreadLocalMap类型的变量，我们通过查看内部内ThreadLocalMap可以发现实际上它类似于一个HashMap。在默认情况下，每个线程中的这两个变量都为null。当线程第一次调用ThreadLocal的set或者get方法的时候才会创建他们。除此之外，每个线程的本地变量不是存放在ThreadLocal实例中，而是放在调用线程的ThreadLocals变量里面。也就是说，ThreadLocal类型的本地变量是存放在具体的线程空间上，其本身相当于一个装载本地变量的工具壳，通过set方法将value添加到调用线程的threadLocals中，当调用线程调用get方法时候能够从它的threadLocals中取出变量。如果调用线程一直不终止，那么这个本地变量将会一直存放在他的threadLocals中，所以不使用本地变量的时候需要调用remove方法将threadLocals中删除不用的本地变量。
图2.png
源码
set方法
public void set(T value) {
//(1)获取当前线程（调用者线程）
Thread t = Thread.currentThread();
//(2)以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的map
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//(3)如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前定义的ThreadLocal变量的this引用，值为添加的本地变量值
if (map != null)
map.set(this, value);
//(4)如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map
else
createMap(t, value);
}
其中getMap方法是获得当前线程对应的threadLocals
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
//获取线程自己的变量threadLocals，并绑定到当前调用线程的成员变量threadLocals上
return t.threadLocals;
}
createMap方法是创建threadLocals
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
get方法
在get方法的实现中，首先获取当前调用者线程，如果当前线程的threadLocals不为null，就直接返回当前线程绑定的本地变量值，否则执行setInitialValue方法初始化threadLocals变量。在setInitialValue方法中，类似于set方法的实现。
public T get() {
//(1)获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//(2)获取当前线程的threadLocals变量
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//(3)如果threadLocals变量不为null，就可以在map中查找到本地变量的值
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//(4)执行到此处，threadLocals为null，调用该更改初始化当前线程的threadLocals变量
return setInitialValue();
}
remove方法
remove方法判断该当前线程对应的threadLocals变量是否为null，不为null就直接删除当前线程中指定的threadLocals变量
public void remove() {
//获取当前线程绑定的threadLocals
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
//如果map不为null，就移除当前线程中指定ThreadLocal实例的本地变量
if (m != null)
m.remove(this);
}
总结
如下图所示：每个线程内部有一个名为threadLocals的成员变量，该变量的类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap类型（类似于一个HashMap），其中的key为当前定义的ThreadLocal变量的this引用，value为我们使用set方法设置的值。每个线程的本地变量存放在自己的本地内存变量threadLocals中，如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量就会一直存在（所以可能会导致内存溢出），因此使用完毕需要将其remove掉。
图3.png
使用场景
日常项目比如某些请求中携带的公用信息或者用户用户信息，可以放到ThreadLocal中，随用随取，以免在各个接口中传递会过于臃肿。其次在spring中，@Autowired注解默认使用单例模式，那么不同请求线程进来之后，由于Dao层使用单例，那么负责连接的Connection也只有一个，会造成数据不安全问题，所以采用了ThreadLocal方法，当每个请求线程使用Connection的时候， 都会从ThreadLocal获取一次，如果为null，说明没有进行过数据库连接，连接后存入ThreadLocal中，如此一来，每一个请求线程都保存有一份自己的Connection。于是便解决了线程安全问题。同事通过传播级别，巧妙地管理多个事务配置之间的切换，挂起和恢复。
可能照成的内存泄露问题
在前面的介绍中，我们知道ThreadLocal只是一个工具类，他为用户提供get、set、remove接口操作实际存放本地变量的threadLocals（调用线程的成员变量），也知道threadLocals是一个ThreadLocalMap类型的变量，下面我们来看看ThreadLocalMap这个类。我们知道ThreadLocalMap内部实际上是一个Entry数组，我们先看看Entry的这个内部类。
/**
* 是继承自WeakReference的一个类，该类中实际存放的key是
* 指向ThreadLocal的弱引用和与之对应的value值(该value值
* 就是通过ThreadLocal的set方法传递过来的值)
* 由于是弱引用，当get方法返回null的时候意味着坑能引用
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** value就是和ThreadLocal绑定的 */
Object value;
//k：ThreadLocal的引用，被传递给WeakReference的构造方法
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
//WeakReference构造方法(public class WeakReference<T> extends Reference<T> )
public WeakReference(T referent) {
super(referent); //referent：ThreadLocal的引用
}
//Reference构造方法
Reference(T referent) {
this(referent, null);//referent：ThreadLocal的引用
}
Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
this.referent = referent;
this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}
在上面的代码中，我们可以看出，当前ThreadLocal的引用k被传递给WeakReference的构造函数，所以ThreadLocalMap中的key为ThreadLocal的弱引用。当一个线程调用ThreadLocal的set方法设置变量的时候，当前线程的ThreadLocalMap就会存放一个记录，这个记录的key值为ThreadLocal的弱引用，value就是通过set设置的值。如果当前线程一直存在且没有调用该ThreadLocal的remove方法，如果这个时候别的地方还有对ThreadLocal的引用，那么当前线程中的ThreadLocalMap中会存在对ThreadLocal变量的引用和value对象的引用，是不会释放的，就会造成内存泄漏。
考虑这个ThreadLocal变量没有其他强依赖，如果当前线程还存在，由于线程的ThreadLocalMap里面的key是弱引用，所以当前线程的ThreadLocalMap里面的ThreadLocal变量的弱引用在gc的时候就被回收，但是对应的value还是存在的这就可能造成内存泄漏(因为这个时候ThreadLocalMap会存在key为null但是value不为null的entry项)。
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