ThreadLocal（超详细介绍！！）

关于ThreadLocal，可能很多同学在学习Java的并发编程部分时，都有所耳闻，但是如果要仔细问ThreadLocal是个啥，我们可能也说不清楚，所以这篇博客旨在帮助大家了解ThreadLocal到底是个啥？

1.ThreadLocal是什么？

首先，我们要知道的是，ThreadLocal类位于Java标准库的java.lang包中，它是Java中的一个类，我们可以用它来声明一个ThreadLocal变量，如下：

ThreadLocal<String> local = new ThreadLocal<>();

好的，接下来解释一下ThreadLocal的含义：

它从名字上看，叫做本地线程变量，意思是说，ThreadLocal中填充的的是当前线程的变量，该变量对其他线程而言是封闭且隔离的，ThreadLocal为变量在每个线程中创建了一个副本，这样每个线程都可以访问自己内部的副本变量。

相信上面的文字描述大家会不太理解，简单来说，就是用ThreadLocal创建的变量，我们可能会在不同的线程中用到，那么为了避免线程安全问题，每个线程都会为自己单独存一份这个变量，并且单独使用和修改这个变量，这样不同的线程之间就各自使用各自的ThreadLocal变量，互不影响。

但是到底具体每个线程是怎样存储的这个变量，以及这个变量如何被这个线程调用，这些的底层是如何实现的，请接着向下看。

2.举例

大家先看一个例子：

public class ThreadLocalTest02 {public static void main(String[] args) {
//创建一个ThreadLocal变量，名为localThreadLocal<String> local = new ThreadLocal<>();
//创建10个线程，并且每次都在不同的线程中加入这个local变量IntStream.range(0, 10).forEach(i -> new Thread(() -> {
//使用set方法设置加入的local内容local.set(Thread.currentThread().getName() + ":" + i);
//然后输入当前线程存储的local变量的信息System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + ",local:" + local.get());}).start());}
}

结果如下：

输出结果：
线程：Thread-0,local:Thread-0:0
线程：Thread-1,local:Thread-1:1
线程：Thread-2,local:Thread-2:2
线程：Thread-3,local:Thread-3:3
线程：Thread-4,local:Thread-4:4
线程：Thread-5,local:Thread-5:5
线程：Thread-6,local:Thread-6:6
线程：Thread-7,local:Thread-7:7
线程：Thread-8,local:Thread-8:8
线程：Thread-9,local:Thread-9:9

上面的结果说明了什么呢？我们在每个线程中都添加了local对象，并且内容是不同的，然后我们再使用get方法输出local的值。我们发现，我们只使用了一个local对象，但是在十个线程中的值都是不同的，而且它们的值不会相互影响，这就是ThreadLocal的简单应用。不同的线程对这个local对象有着自己的备份。

3.Set方法

请大家先仔细阅读一下下面这段源码，逻辑一点也不难，我加了注释：

public class ThreadLocal<T> {public void set(T value) {
//先获取当前线程，例如在线程1中调用了local.set方法，那么这个t就是线程1Thread t = Thread.currentThread();//然后获取当前线程1中的ThreadLocalMapThreadLocalMap map = getMap(t);//如果map为空，说明此线程还没有存入任何一个ThreadLocal对象，我们就创建一个ThreadLocalMap
//如果map不为空，那么我们就直接将value存入这个ThreadLocalMap中if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);}

大家现在可能会有疑惑，什么是ThreadLocalMap啊？为啥是从当前线程中获取啊？还有createMap方法，到底是干啥的捏？我们一一进行解释：

什么是ThreadLocalMap？

我们刚才上面说，我们每个线程都会存储ThreadLocal对象的备份，那么存储在哪里呢，答案就是在ThreadLocalMap中，ThreadLocalMap为 ThreadLocal的一个静态内部类，里面定义了Entry来保存数据，那么既然是map，就会有键值对的结构，键的位置存的就是我们的ThreadLocal对象，而值存储的就是通过set方法存入的那个值，例如这一句代码：local.set( i);那么存到这个线程中的ThreadLocalMap的一个entry中，键和值就分别是 local：i

接下来我们就看一下ThreadLocalMap（它是ThreadLocal的一个内部类），还有Entry的结构：

  // 内部类ThreadLocalMapstatic class ThreadLocalMap {static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {Object value;// 内部类Entry，实际存储数据的地方// Entry的key是ThreadLocal对象，不是当前线程ID或者名称Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}// 注意这里维护的是Entry数组private Entry[] table;}

可以看出实际上存储数据的是Entry，而TheadLocalMap则是一个Entry数组；

ok，了解了这个结构后，我们又回到宏观的角度看待一下问题，刚才说每个线程都有自己的备份，并且这些备份是当前线程独有的，那么既然上面说存储数据的是ThreadLocalMap，并且每个线程都有自己的独有的一份，那么这个ThreadLocalMap到底存在哪里呢？答案就是：ThreadLocalMap是作为Thread类的一个私有属性实现的，这样就可以保证每个Thread线程都有自己独一份的TheadLocalMap来存储自己的Threadlocal变量。

public class Thread {/* ... 省略其他代码 ... *//*** ThreadLocalMap实例，用于存储ThreadLocal变量的键值对*/ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;/* ... 省略其他代码 ... */
}

 好好好，现在我们算是知道了，原来为每个线程存储这些ThreadLocal变量的，就是Thread类中的属性threadLocals 

那么这样我们就能解释为什么要从线程中获取map了，看一下刚才的set方法中的这一句，我们就知道为啥要从线程中获取了：

//然后获取当前线程1中的ThreadLocalMapThreadLocalMap map = getMap(t);

接着就是后面的代码，相信大家也就能明白为什么要这样写啦：

//如果map为空，说明此线程还没有存入任何一个ThreadLocal对象，我们就创建一个ThreadLocalMap
//如果map不为空，那么我们就直接将value存入这个ThreadLocalMap中if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);}

这是createMap方法，看到它给什么赋值吗，就是我们刚才说的Thread线程类中的那个存储ThreadLocalMap的属性哦~

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

ok，set方法就介绍到这里了

4.get方法

get方法的作用很简单，它通过local对象调用，返回当前线程的以local对象为键，对应的那个值即可；例如 System.out.println(local.get());就是输出当前线程的local对象当时通过set方法存入的值。

get方法的源码如下：

    public T get() {
//先获取当前调用get方法的线程Thread t = Thread.currentThread();//然后获取此线程的ThreadLocalMap对象，这里面存储着local键值对ThreadLocalMap map = getMap(t);/*如果map不为空，就在map里面寻找键为this的entry，为什么是this呢，因为当前类
是ThreadLocal类，而get方法通过local.get()的方式调用，所以这里的this就指的
是这个local对象，也就是entry的键。如果找的了这个以local为键的entry，我们就
返回对应的值即可。
*/if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}return setInitialValue();}

ok，ThreadLocal的具体应用和get方法就介绍到这里

5.ThreadLocal的结构

有了上面的基础，我们现在来看一下他在内存中的结构：

6.内存泄漏问题

仔细看下ThreadLocal内存结构就会发现，Entry数组对象通过ThreadLocalMap最终被Thread持有，并且是强引用。也就是说Entry数组对象的生命周期和当前线程一样。即使ThreadLocal对象被回收了，Entry数组对象也不一定被回收，这样就有可能发生内存泄漏。ThreadLocal在设计的时候就提供了一些补救措施：

• Entry的key是弱引用的ThreadLocal对象，很容易被回收，导致key为null（但是value不为null）。所以在调用get()、set(T)、remove()等方法的时候，会自动清理key为null的Entity。
• remove()方法就是用来清理无用对象，防止内存泄漏的。所以每次用完ThreadLocal后需要手动remove()。

解决办法：使用完ThreadLocal后，执行remove操作，避免出现内存溢出情况。

如同 lock 的操作最后要执行解锁操作一样，ThreadLocal使用完毕一定记得执行remove 方法，清除当前线程的数值。如果不remove 当前线程对应的VALUE ,就会一直存在这个值。

这里复习一下对象的强引用、软引用、弱引用

1.强引用

我们平日里面的用到的new了一个对象就是强引用，例如 Object obj = new Object();当JVM的内存空间不足时，宁愿抛出OutOfMemoryError使得程序异常终止也不愿意回收具有强引用的存活着的对象！

2.软引用

当JVM认为内存空间不足时，就回去试图回收软引用指向的对象，也就是说在JVM抛出OutOfMemoryError之前，会去清理软引用对象。

3.弱引用

在GC的时候，不管内存空间足不足都会回收这个对象，同样也可以配合ReferenceQueue 使用，也同样适用于内存敏感的缓存。ThreadLocal中的key就用到了弱引用。

7.最后我们还要知道为什么要使用ThreadLocal？

ThreadLocal类在多线程编程中有几个重要的用途和优势：

1. 线程隔离：ThreadLocal提供了一种将数据与线程关联的机制。通过使用ThreadLocal，可以为每个线程创建独立的变量副本，使得每个线程都可以独立地访问和修改自己的变量副本，而不会干扰其他线程的数据。这样可以实现线程间的数据隔离，避免了线程安全问题。

2. 状态传递：ThreadLocal可以用于在同一个线程的多个方法之间传递状态信息，而无需在方法参数中显式传递。通过将状态信息存储在ThreadLocal变量中，不同的方法可以通过ThreadLocal访问和修改共享的状态，而无需显式传递参数。这样可以简化方法的调用，提高代码的可读性和可维护性。

3. 线程上下文管理：有些情况下，需要在整个线程执行期间共享某些上下文信息，比如用户认证信息、数据库连接等。通过将这些信息存储在ThreadLocal中，可以在同一线程的任何地方方便地访问和使用这些信息，而无需显式传递或在每个方法中重复获取。

4. 避免锁竞争：在某些情况下，使用ThreadLocal可以避免使用锁来同步对共享变量的访问。由于每个线程都有自己的变量副本，线程之间不会产生竞争条件，从而避免了锁竞争和同步开销，提高了程序的性能。