ThreadLocal是開發中最常用的技術之一，也是面試重要的考點。本文將由淺入深，介紹ThreadLocal的使用方式、實現原理、內存泄漏問題以及使用場景。

ThreadLocal作用

在并發編程中時常有這樣一種需求：每條線程都需要存取一個同名變量，但每條線程中該變量的值均不相同。

如果是你，該如何實現上述功能？常規的思路如下： 使用一個線程共享的Map<Thread,Object>，Map中的key為線程對象，value即為需要存儲的值。那么，我們只需要通過map.get(Thread.currentThread())即可獲取本線程中該變量的值。

這種方式確實可以實現我們的需求，但它有何缺點呢？——答案就是：需要同步，效率低！

由于這個map對象需要被所有線程共享，因此需要加鎖來保證線程安全性。當然我們可以使用java.util.concurrent.*包下的ConcurrentHashMap提高并發效率，但這種方法只能降低鎖的粒度，不能從根本上避免同步鎖。而JDK提供的ThreadLocal就能很好地解決這一問題。下面來看看ThreadLocal是如何高效地實現這一需求的。

如何使用ThreadLocal

在介紹ThreadLocal原理之前，首先簡單介紹一下它的使用方法。

public class Main{private ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();public void start() {for (int i=0; i<10; i++) {new Thread(new Runnable(){@overridepublic void run(){threadLocal.set(i);threadLocal.get();threadLocal.remove();}}).start();}} } 復制代碼

• 首先我們需要創建一個線程共享的ThreadLocal對象，該對象用于存儲Integer類型的值；
• 然后在每條線程中可以通過如下方法操作ThreadLocal：
  • set(obj)：向當前線程中存儲數據
  • get()：獲取當前線程中的數據
  • remove()：刪除當前線程中的數據

ThreadLocal的使用方法非常簡單，關鍵在于它背后的實現原理。回到上面的問題：ThreadLocal究竟是如何避免同步鎖，從而保證讀寫的高效？

ThreadLocal實現原理

ThreadLocal的內部結構如下圖所示：

ThreadLocal并不維護ThreadLocalMap，并不是一個存儲數據的容器，它只是相當于一個工具包，提供了操作該容器的方法，如get、set、remove等。而ThreadLocal內部類ThreadLocalMap才是存儲數據的容器，并且該容器由Thread維護。

每一個Thread對象均含有一個ThreadLocalMap類型的成員變量threadLocals，它存儲本線程中所有ThreadLocal對象及其對應的值。

ThreadLocalMap由一個個Entry對象構成，Entry的代碼如下：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;} } 復制代碼

Entry繼承自WeakReference<ThreadLocal<?>>，一個Entry由ThreadLocal對象和Object構成。由此可見，Entry的key是ThreadLocal對象，并且是一個弱引用。當沒指向key的強引用后，該key就會被垃圾收集器回收。

那么，ThreadLocal是如何工作的呢？下面來看set和get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); }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; } 復制代碼

當執行set方法時，ThreadLocal首先會獲取當前線程對象，然后獲取當前線程的ThreadLocalMap對象。再以當前ThreadLocal對象為key，將值存儲進ThreadLocalMap對象中。

get方法執行過程類似。ThreadLocal首先會獲取當前線程對象，然后獲取當前線程的ThreadLocalMap對象。再以當前ThreadLocal對象為key，獲取對應的value。

由于每一條線程均含有各自私有的ThreadLocalMap容器，這些容器相互獨立互不影響，因此不會存在線程安全性問題，從而也無需使用同步機制來保證多條線程訪問容器的互斥性。

為何要使用弱引用？

對弱引用不了解的同學可以參考筆者的另一篇文章：http://blog.csdn.net/u010425776/article/details/50760053。

Java設計之初的一大宗旨就是——弱化指針。 Java設計者希望通過合理的設計簡化編程，讓程序員無需處理復雜的指針操作。然而指針是客觀存在的，在目前的Java開發中也不可避免涉及到“指針操作”。如：

Object a = new Object(); 復制代碼

上述代碼創建了一個強引用a，只要強引用存在，垃圾收集器是不會回收該對象的。如果該對象非常龐大，那么為了節約內存空間，在該對象使用完成后，我們需要手動拆除該強引用，如下面代碼所示：

a = null; 復制代碼

此時，指向該對象的強引用消除了，垃圾收集器便可以回收該對象。但在這個過程中，仍然需要程序員處理指針。為了弱化指針這一概念，弱引用便出現了，如下代碼創建了一個Person類型的弱引用：

WeakReference<Person> wr = new WeakReference<Person>(new Person()); 復制代碼

此時程序員不用再關注指針，只要沒有強引用指向Person對象，垃圾收集器每次運行都會自動將該對象釋放。

那么，ThreadLocalMap中的key使用弱引用的原因也是如此。當一條線程中的ThreadLocal對象使用完畢，沒有強引用指向它的時候，垃圾收集器就會自動回收這個Key，從而達到節約內存的目的。

那么，問題又來了——這會導致內存泄漏問題！

ThreadLocal的內存泄漏問題

在ThreadLocalMap中，只有key是弱引用，value仍然是一個強引用。當某一條線程中的ThreadLocal使用完畢，沒有強引用指向它的時候，這個key指向的對象就會被垃圾收集器回收，從而這個key就變成了null；然而，此時value和value指向的對象之間仍然是強引用關系，只要這種關系不解除，value指向的對象永遠不會被垃圾收集器回收，從而導致內存泄漏！

不過不用擔心，ThreadLocal提供了這個問題的解決方案。

每次操作set、get、remove操作時，ThreadLocal都會將key為null的Entry刪除，從而避免內存泄漏。

那么問題又來了，如果一個線程運行周期較長，而且將一個大對象放入LocalThreadMap后便不再調用set、get、remove方法，此時該仍然可能會導致內存泄漏。

這個問題確實存在，沒辦法通過ThreadLocal解決，而是需要程序員在完成ThreadLocal的使用后要養成手動調用remove的習慣，從而避免內存泄漏。

ThreadLocal的使用場景

Web系統Session的存儲就是ThreadLocal一個典型的應用場景。

Web容器采用線程隔離的多線程模型，也就是每一個請求都會對應一條線程，線程之間相互隔離，沒有共享數據。這樣能夠簡化編程模型，程序員可以用單線程的思維開發這種多線程應用。

當請求到來時，可以將當前Session信息存儲在ThreadLocal中，在請求處理過程中可以隨時使用Session信息，每個請求之間的Session信息互不影響。當請求處理完成后通過remove方法將當前Session信息清除即可。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的揭秘ThreadLocal的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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