場景： 登錄用戶的信息保存與獲取問題。
在常規(guī)的系統(tǒng)設(shè)計中，后端系統(tǒng)通常會有一個很長的調(diào)用鏈路（Controller->Service->Dao）。
通常用戶在登陸之后，用戶信息會保存在session或token中。但假如我們在controller、service及service的多個調(diào)用方法中都要用到用戶信息相關(guān)，我們可以將User對象作為參數(shù)進(jìn)行方法傳遞，也就是將User作為context上下文。但這樣極其繁瑣，對于調(diào)用鏈路長的情況也不夠優(yōu)雅簡潔；同時若調(diào)用鏈涉及到第三方庫，重寫的方法無法修改參數(shù)的情況下，對象就傳遞不進(jìn)去了。我們也不能直接將User對象保存為static，因?yàn)樵诙鄠€用戶訪問的情況的會有并發(fā)的問題。這時候我們就可以用上ThreadLocal對象，進(jìn)行全局存儲用戶信息。

提出問題：

• ThreadLocal是什么？用來解決什么問題？
• ThreadLocal的使用
• ThreadLocal的底層實(shí)現(xiàn)
• ThreadLocal的內(nèi)存泄漏問題

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ThreadLocal是什么

ThreadLocal是一個保存線程局部變量的工具，每一個線程都可以獨(dú)立地通過ThreadLocal保存與獲取自己的變量，而該變量不會受其它線程的影響。

ThreadLocal的使用

ThreadLocal主要對外提供三個方法：get（）, set（T）和remove（）。
通常我們將threadLocal對象設(shè)置為static，以便在全局都可獲取。
set（T）：線程填充只屬于自己線程的數(shù)據(jù)，其他線程無法獲取。
get（）：線程獲取自己set的數(shù)據(jù)。
remove（）：線程移除自己設(shè)置的值。

public class Test {public static ThreadLocal<User> threadLocal = new ThreadLocal<>();public static void main(String[] args){Thread thread1 = new Thread(()->{User user = new User(10, "jun"); // 模擬出用戶1threadLocal.set(user);playGame(); // 用戶1玩游戲}, "線程1");Thread thread2 = new Thread(()->{User user = new User(20, "ge"); // 模擬出用戶2threadLocal.set(user);playGame(); // 用戶2玩游戲}, "線程2");thread1.start();thread2.start();}public static void playGame(){int age = threadLocal.get().getAge(); // 模擬業(yè)務(wù)邏輯，登錄用戶年齡判斷的業(yè)務(wù)邏輯if(age < 18){System.out.println("Sorry， 您未滿18歲，當(dāng)前" + age + "歲，不能參與當(dāng)前游戲！當(dāng)前線程為：" + Thread.currentThread().getName());return;}System.out.println("您已滿18歲，當(dāng)前" + age + "歲，玩得愉快！當(dāng)前線程為：" + Thread.currentThread().getName());} }

我們模擬創(chuàng)建兩個用戶登錄后，保存進(jìn)threadLocal中，再分別執(zhí)行playGame方法。在上述方法中，我們直接根據(jù)threadLocal就正確地獲取了線程所屬的user對象，而沒有在方法上傳遞參數(shù)。
如上，我們便解決了調(diào)用鏈路過長時參數(shù)傳遞的繁瑣，免去了方法參數(shù)傳遞的過程。每個線程調(diào)用threadLocal的get方法時，獲取的都是自己set進(jìn)去的值，解決了并發(fā)的問題。

ThreadLocal原理

那么，ThreadLocal是怎么實(shí)現(xiàn)線程局部變量的呢？
首先我們看看set方法：

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

看到這里答案就出來了，通過threadLocal.set(T)設(shè)置值時，實(shí)際上就是獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap，每個線程都持有一個ThreadLocalMap對象，該map以threadLocal為key，value即為存儲的值，保存進(jìn)map中。
get（）：

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();}

同上，get方法實(shí)際上也是獲取當(dāng)前線程持有的threadLocalMap，以當(dāng)前threadLoca作為key，從map中獲取value。
總結(jié)：ThreadLocal實(shí)現(xiàn)線程局部變量的方法，就是每個線程都持有維護(hù)了一個threadLocalMap，在執(zhí)行threadLocal對象的get和set方法時，都是獲取當(dāng)前線程的map對象，再以當(dāng)前的threadLocal為key，進(jìn)行value的操作，從而實(shí)現(xiàn)了線程局部變量的隔離

ThreadLocalMap底層實(shí)現(xiàn)：

每個線程中都持有了一個ThreadLocalMap用來存放線程局部變量，而ThreadLocalMap是為了實(shí)現(xiàn)ThreadLocal功能特意編寫的map類，為什么不用現(xiàn)成的HashMap呢？
閱讀ThreadLocalMap的源碼，我們可以發(fā)現(xiàn)幾個不同的點(diǎn)：
1、ThreadLocalMap中Entry的key設(shè)置為了弱引用。
這是為了防止key的內(nèi)存泄漏，下面再仔細(xì)講講ThreadLocal的內(nèi)存泄漏問題

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}

2、ThreadLocalMap解決hash沖突的方法。
ThreadLocalMap的hash算法為 threadLocalHashCode & (table.length - 1)，而table.length指定為了2的整數(shù)次冪，因此等同于threadLocalHashCode % (table.length - 1)。
可以看到通過hash算法定位到數(shù)組下標(biāo)，接著進(jìn)行判斷：若該entry的k為給定的key，則直接更新value；若k為空，說明該k被垃圾回收了，entry也該執(zhí)行replaceStaleEntry進(jìn)行清空；若不滿足條件，則會獲取數(shù)組entry為空下一個元素，跳出for循環(huán)。因此我們可知，ThreadLocalMap解決hash沖突的方法為定位到的數(shù)組下標(biāo)往后移動。

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {ThreadLocal<?> k = e.get();if (k == key) { // k為給定的key，則直接更新valuee.value = value;return;}if (k == null) { // k為空，說明該k被垃圾回收了，entry也該執(zhí)行replaceStaleEntry進(jìn)行清空replaceStaleEntry(key, value, i);return;}}tab[i] = new Entry(key, value);int sz = ++size;if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)rehash();}

3、threadLocalHashCode為0x61c88647的整數(shù)倍。那為什么是這個魔法值呢？

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();private static AtomicInteger nextHashCode =new AtomicInteger();private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;private static int nextHashCode() {return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);}

我們已知table.length為2的整數(shù)冪，接下來以數(shù)組長度為16、32、64為例，探討ThreadLocal的hash值為該魔法值的整數(shù)倍，發(fā)送hash沖突的情況：

public static void main(String[] args){hash(16);hash(32);hash(64);}public static void hash(int length){final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;int[] table = new int[length];int hash = 0;for (int i = 0; i <length ; i++) {hash += HASH_INCREMENT;table[i] = hash & (length-1);}Arrays.sort(table);System.out.println(Arrays.toString(table));}

結(jié)果分別為：
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63]
同時將長度拓展到64、128、256…，都沒有發(fā)生重復(fù)的情況。
因此我們可以得出結(jié)論：將ThreadLocal設(shè)置為該魔法值的整數(shù)倍，可以極大地減少存入ThreadLocalMap中的hash沖突的概率。 同時也不得不感慨作者的數(shù)學(xué)功底之深厚！

ThreadLocal的內(nèi)存泄漏問題

剛剛我們有說到，ThreadLocalMap自定義的Entry繼承了WeakReference，實(shí)際上便是將map中的key對threadLocal進(jìn)行了弱引用。

弱引用介紹：弱引用是為了解決內(nèi)存泄漏問題的，若一個對象只存在弱引用，在jvm垃圾回收時便會將該對象進(jìn)行回收。 場景：A a = new A();B b = new B();b.a = a;a = null; // 在這里只是將a的引用置為null，因?yàn)閎.a對a還有強(qiáng)引用，a對象便還會存在內(nèi)存中而不會被垃圾回收。 解決辦法： WeakReference<A> wr = new WeakReference<>(a);b.wr = wr; //將b對a的引用改為弱引用 static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}

引用關(guān)系如圖：將key設(shè)置為弱引用，便可在threadLocal引用被置為null時，key對threadLocal的因?yàn)槎紴槿跻?#xff0c;jvm便可對threadLocal對象進(jìn)行g(shù)c，從而防止threadLocal對象的內(nèi)存泄漏。

但是！可以看到value的引用為強(qiáng)引用，若是線程能正常結(jié)束倒也還好說，線程結(jié)束了，map、entry、value的強(qiáng)引用都斷開了，也就能被gc回收。但是通常情況下，因?yàn)榫€程的創(chuàng)建和銷毀比較耗費(fèi)性能，我們會使用諸如線程池的方法進(jìn)行線程復(fù)用，這時候線程一直不被銷毀，則很可能出現(xiàn)內(nèi)存泄漏的問題。

解決辦法

對于value內(nèi)泄露的問題，ThreadLocal的開發(fā)者也注意到了，因此在調(diào)用threadLocal的get和set方法時，在碰上key為null的情況會執(zhí)行replaceStaleEntry（）方法清理調(diào)entry。而對于線程復(fù)用導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏問題，則可以在執(zhí)行完畢后調(diào)用threadLocal.remove（）方法手動清理。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java多线程：ThreadLocal详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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