Threadlocal有什么用：

簡單的說就是，一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的（每個線程都只能看到自己線程的值）。如下圖：

ThreadLocal使用實例

API介紹

在使用Threadlocal之前我們先看以下它的API：

ThreadLocal類的API非常的簡單，在這里比較重要的就是get()、set()、remove(),set用于賦值操作，get用于獲取變量的值，remove就是刪除當(dāng)前變量的值.需要注意的是initialValue方法會在第一次調(diào)用時被觸發(fā)，用于初始化當(dāng)前變量值，默認情況下initialValue返回的是null。

ThreadLocal的使用

說完了ThreadLocal類的API了，那我們就來動手實踐一下了，來理解前面的那句話：一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的（每個線程都只能看到自己線程的值）

public class ThreadLocalTest {

    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
	// 重寫這個方法，可以修改“線程變量”的初始值，默認是null
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //一號線程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("一號線程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(1);
                System.out.println("一號線程set后：" + threadLocal.get());
            }
        }).start();

        //二號線程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("二號線程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(2);
                System.out.println("二號線程set后：" + threadLocal.get());

            }
        }).start();

        //主線程睡1s
        Thread.sleep(1000);

        //主線程
        System.out.println("主線程的threadlocal值：" + threadLocal.get());

    }

}

稍微解釋一下上面的代碼：

每一個ThreadLocal實例就類似于一個變量名，不同的ThreadLocal實例就是不同的變量名，它們內(nèi)部會存有一個值（暫時這么理解）在后面的描述中所說的“ThreadLocal變量或者是線程變量”代表的就是ThreadLocal類的實例。

在類中創(chuàng)建了一個靜態(tài)的 “ThreadLocal變量”，在主線程中創(chuàng)建兩個線程，在這兩個線程中分別設(shè)置ThreadLocal變量為1和2。然后等待一號和二號線程執(zhí)行完畢后，在主線程中查看ThreadLocal變量的值。

程序結(jié)果及分析?

程序結(jié)果重點看的是主線程輸出的是0，如果是一個普通變量，在一號線程和二號線程中將普通變量設(shè)置為1和2，那么在一二號線程執(zhí)行完畢后在打印這個變量，輸出的值肯定是1或者2（到底輸出哪一個由操作系統(tǒng)的線程調(diào)度邏輯有關(guān)）。但使用ThreadLocal變量通過兩個線程賦值后，在主線程程中輸出的卻是初始值0。在這也就是為什么“一個ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間又是隔離的”，每個線程都只能看到自己線程的值，這也就是 ThreadLocal的核心作用：實現(xiàn)線程范圍的局部變量。

Threadlocal 的源碼分析

原理

每個Thread對象都有一個ThreadLocalMap，當(dāng)創(chuàng)建一個ThreadLocal的時候，就會將該ThreadLocal對象添加到該Map中，其中鍵就是ThreadLocal，值可以是任意類型。 這句話剛看可能不是很懂，下面我們一起看完源碼就明白了。

前面我們的理解是所有的常量值或者是引用類型的引用都是保存在ThreadLocal實例中的，但實際上不是的，這種說法只是讓我們更好的理解ThreadLocal變量這個概念。向ThreadLocal存入一個值，實際上是向當(dāng)前線程對象中的ThreadLocalMap存入值，ThreadLocalMap我們可以簡單的理解成一個Map，而向這個Map存值的key就是ThreadLocal實例本身。

源碼

??也就是說，想要存入的ThreadLocal中的數(shù)據(jù)實際上并沒有存到ThreadLocal對象中去，而是以這個ThreadLocal實例作為key存到了當(dāng)前線程中的一個Map中去了，獲取ThreadLocal的值時同樣也是這個道理。這也就是為什么ThreadLocal可以實現(xiàn)線程之間隔離的原因了。

內(nèi)部類ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的內(nèi)部類，實現(xiàn)了一套自己的Map結(jié)構(gòu)?

ThreadLocalMap屬性：

        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 有效數(shù)量 
        private int size = 0;
        //負載因子
        private int threshold; 

ThreadLocalMap設(shè)置ThreadLocal 變量

    private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            
            //與運算  & (len-1) 這就是為什么 要求數(shù)組len 要求2的n次冪 
            //因為len減一后最后一個bit是1 與運算計算出來的數(shù)值下標 能保證全覆蓋 
            //否者數(shù)組有效位會減半 
            //如果是hashmap 計算完下標后 會增加鏈表 或紅黑樹的查找計算量 
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            
            // 從下標位置開始向后循環(huán)搜索  不會死循環(huán)  有擴容因子 必定有空余槽點
            for (Entry e = tab[i];   e != null;  e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                //一種情況 是當(dāng)前引用 返回值
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
                //槽點被GC掉 重設(shè)狀態(tài) 
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
			//槽點為空 設(shè)置value
            tab[i] = new Entry(key, value);
            //設(shè)置ThreadLocal數(shù)量
            int sz = ++size;
			
			//沒有可清理的槽點 并且數(shù)量大于負載因子 rehash
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

ThreadLocalMap屬性介紹??：

• 和普通Hashmap類似存儲在一個數(shù)組內(nèi)，但與hashmap使用的拉鏈法解決散列沖突不同的是 ThreadLocalMap使用開放地址法
• 數(shù)組 初始容量16，負載因子2/3
• node節(jié)點 的key封裝了WeakReference 用于回收

ThreadLocalMap存儲位置

儲存在Thread中，有兩個ThreadLocalMap變量

threadLocals 在ThreadLocal對象方法set中去創(chuàng)建 也由ThreadLocal來維護

    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類似 InheritableThreadLocal重寫了createMap方法

void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

inheritableThreadLocals 作用是將ThreadLocalMap傳遞給子線程

init方法中 條件滿足后直接為子線程創(chuàng)建ThreadLocalMap

注意：

• 僅在初始化子線程的時候會傳遞 中途改變副線程的inheritableThreadLocals 變量 不會將影響結(jié)果傳遞到子線程 。
• 使用線程池要注意 線程不回收 盡量避免使用父線程的inheritableThreadLocals 導(dǎo)致錯誤

Key的弱引用問題

為什么要用弱引用,官方是這樣回答的

To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.

為了處理非常大和生命周期非常長的線程，哈希表使用弱引用作為 key。

生命周期長的線程可以理解為：線程池的核心線程

ThreadLocal在沒有外部對象強引用時如Thread，發(fā)生GC時弱引用Key會被回收，而Value是強引用不會回收，如果創(chuàng)建ThreadLocal的線程一直持續(xù)運行如線程池中的線程，那么這個Entry對象中的value就有可能一直得不到回收，發(fā)生內(nèi)存泄露。

• key 使用強引用??： 引用的ThreadLocal的對象被回收了，但是ThreadLocalMap還持有ThreadLocal的強引用，如果沒有手動刪除，ThreadLocal不會被回收，導(dǎo)致Entry內(nèi)存泄漏。
• key 使用弱引用??： 引用的ThreadLocal的對象被回收了，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使沒有手動刪除，ThreadLocal也會被回收。value在下一次ThreadLocalMap調(diào)用set,get，remove的時候會被清除。

Java8中已經(jīng)做了一些優(yōu)化如，在ThreadLocal的get()、set()、remove()方法調(diào)用的時候會清除掉線程ThreadLocalMap中所有Entry中Key為null的Value，并將整個Entry設(shè)置為null，利于下次內(nèi)存回收。

java中的四種引用

• 強引用??： 如果一個對象具有強引用，它就不會被垃圾回收器回收。即使當(dāng)前內(nèi)存空間不足，JVM也不會回收它，而是拋出 OutOfMemoryError 錯誤，使程序異常終止。如果想中斷強引用和某個對象之間的關(guān)聯(lián)，可以顯式地將引用賦值為null，這樣一來的話，JVM在合適的時間就會回收該對象
• 軟引用??： 在使用軟引用時，如果內(nèi)存的空間足夠，軟引用就能繼續(xù)被使用，而不會被垃圾回收器回收，只有在內(nèi)存不足時，軟引用才會被垃圾回收器回收。（軟引用可用來實現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存,比如網(wǎng)頁緩存、圖片緩存等。使用軟引用能防止內(nèi)存泄露，增強程序的健壯性）
• 弱引用??： 具有弱引用的對象擁有的生命周期更短暫。因為當(dāng) JVM 進行垃圾回收，一旦發(fā)現(xiàn)弱引用對象，無論當(dāng)前內(nèi)存空間是否充足，都會將弱引用回收。不過由于垃圾回收器是一個優(yōu)先級較低的線程，所以并不一定能迅速發(fā)現(xiàn)弱引用對象
• 虛引用??： 虛引用并不會決定對象的生命周期。如果一個對象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。虛引用必須和引用隊列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用。當(dāng)垃圾回收器準備回收一個對象時，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用，就會在回收對象的內(nèi)存之前，把這個虛引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊列中。（注意哦，其它引用是被JVM回收后才被傳入ReferenceQueue中的。由于這個機制，所以虛引用大多被用于引用銷毀前的處理工作。可以使用在對象銷毀前的一些操作，比如說資源釋放等。）

通常ThreadLocalMap的生命周期跟Thread（注意線程池中的Thread）一樣長，如果沒有手動刪除對應(yīng)key（線程使用結(jié)束歸還給線程池了，其中的KV不再被使用但又不會GC回收，可認為是內(nèi)存泄漏），一定會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，但是使用弱引用可以多一層保障：弱引用ThreadLocal會被GC回收，不會內(nèi)存泄漏，對應(yīng)的value在下一次ThreadLocalMap調(diào)用set,get,remove的時候會被清除，Java8已經(jīng)做了上面的代碼優(yōu)化。

總結(jié)：

ThreadLocal的作用： 實現(xiàn)線程范圍內(nèi)的局部變量，即ThreadLocal在一個線程中是共享的，在不同線程之間是隔離的。

ThreadLocal的原理： ThreadLocal存入值時使用當(dāng)前ThreadLocal實例作為key（并不是以當(dāng)前線程對象作為key），存入當(dāng)前線程對象中的Map中去。最開始在看源碼之前，我以為是以當(dāng)前線程對象作為key將對象存入到ThreadLocal中的Map中去…

到此這篇關(guān)于Java 超詳細講解ThreadLocal類的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ThreadLocal內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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