ThreadLocal 你真的用不上吗？

ThreadLocal的作用以及应用场景

使用场景

原理分析

ThreadLocalMap的底层结构

内存泄露产生的原因

解决Hash冲突

使用ThreadLocal时对象存在哪里？

ThreadLocal的作用以及应用场景

使用场景

原理分析

ThreadLocalMap的底层结构

内存泄露产生的原因

解决Hash冲突

使用ThreadLocal时对象存在哪里？

ThreadLocal 算是一种并发容器吧，因为他的内部是有 ThreadLocalMap 组成， ThreadLocal 是为了解决多线程情况下变量不能被共享的问题，也就是多线程共享变量的问题。

ThreadLocal 和 Lock 以及 Synchronized 的区别是： ThreadLocal 是给每个线程分配一个变量（对象），各个线程都存有变量的副本，这样每个线程都是使用自己（变量）对象实例，使线程与线程之间进行隔离；而 Lock 和 Synchronized 的方式是使线程有顺序的执行。

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举一个简单的例子：目前有100个学生等待签字，但是老师只有一个笔，那老师只能按顺序的分给每个学生，等待A学生签字完成然后将笔交给B学生，这就类似 Lock ， Synchronized 的方式。而 ThreadLocal 是，老师直接拿出一百个笔给每个学生；再效率提高的同事也要付出一个内存消耗；也就是以空间换时间的概念

使用场景

Spring的事务隔离就是使用 ThreadLocal 和AOP来解决的；主要是 TransactionSynchronizationManager 这个类；

解决 SimpleDateFormat 线程不安全问题；

当我们使用 SimpleDateFormat 的 parse 方法的时候， parse 方法会先调用 Calendar.clear 方法，然后调用 Calendar.add 方法，如果一个线程先调用了 add 方法，然后另一个线程调用了 clear 方法；这时候 parse 方法就会出现解析错误；如果不信我们可以来个例子：

public class SimpleDateFormatTest {

private static SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat( "yyyy-MM-dd");

public static void main(String[] args) {

for(int i = 0; i < 50; i++) {

Thread thread = new Thread(new Runnable{

@Override

public void run{

dateFormat;

thread.start;

* 字符串转成日期类型

public static void dateFormat{

try {

simpleDateFormat.parse( "2021-5-27");

} catch (ParseException e) {

e.printStackTrace;

这里我们只启动了50个线程问题就会出现，其实看巧不巧，有时候只有10个线程的情况就会出错：

Exception inthread "Thread-40"java.lang.NumberFormatException: For input string: ""

at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:65)

at java.lang.Long.parseLong(Long.java:601)

at java.lang.Long.parseLong(Long.java:631)

at java.text.DigitList.getLong(DigitList.java:195)

at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2084)

at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)

at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)

at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)

at cn.haoxy.use.lock.sdf.SimpleDateFormatTest.dateFormat(SimpleDateFormatTest.java:36)

at cn.haoxy.use.lock.sdf.SimpleDateFormatTest $1.run(SimpleDateFormatTest.java:23)

at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Exception inthread "Thread-43"java.lang.NumberFormatException: multiple points

at sun.misc.FloatingDecimal.readJavaFormatString(FloatingDecimal.java:1890)

at sun.misc.FloatingDecimal.parseDouble(FloatingDecimal.java:110)

at java.lang.Double.parseDouble(Double.java:538)

at java.text.DigitList.getDouble(DigitList.java:169)

at java.text.DecimalFormat.parse(DecimalFormat.java:2089)

at java.text.SimpleDateFormat.subParse(SimpleDateFormat.java:1869)

at java.text.SimpleDateFormat.parse(SimpleDateFormat.java:1514)

at java.text.DateFormat.parse(DateFormat.java:364)

at .............

其实解决这个问题很简单，让每个线程new一个自己的 SimpleDateFormat ，但是如果100个线程都要new100个 SimpleDateFormat 吗？

当然我们不能这么做，我们可以借助线程池加上 ThreadLocal 来解决这个问题：

public class SimpleDateFormatTest {

private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> local= new ThreadLocal<SimpleDateFormat> {

@Override

//初始化线程本地变量

protected SimpleDateFormat initialValue{

returnnew SimpleDateFormat( "yyyy-MM-dd");

public static void main(String[] args) {

ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool;

for(int i = 0; i < 500; i++) {

es.execute( -> {

//调用字符串转成日期方法

dateFormat;

es.shutdown;

* 字符串转成日期类型

public static void dateFormat{

try {

//ThreadLocal中的get方法

local.get.parse( "2021-5-27");

} catch (ParseException e) {

e.printStackTrace;

这样就优雅的解决了线程安全问题；

解决过度传参问题；例如一个方法中要调用好多个方法，每个方法都需要传递参数；例如下面示例：

void work(User user) {

getInfo(user);

checkInfo(user);

setSomeThing(user);

log(user);

用了 ThreadLocal 之后：

public class ThreadLocalStu {

private static ThreadLocal<User> userThreadLocal = new ThreadLocal<>;

void work(User user) {

try {

userThreadLocal.set(user);

getInfo;

checkInfo;

someThing;

} finally {

userThreadLocal.remove;

void setInfo{

User u = userThreadLocal.get;

void checkInfo{

User u = userThreadLocal.get;

void someThing{

User u = userThreadLocal.get;

每个线程内需要保存全局变量（比如在登录成功后将用户信息存到 ThreadLocal 里，然后当前线程操作的业务逻辑直接get取就完事了，有效的避免的参数来回传递的麻烦之处），一定层级上减少代码耦合度。

比如存储 交易id等信息。每个线程私有。

比如aop里记录日志需要before记录请求id，end拿出请求id，这也可以。

比如jdbc连接池（很典型的一个 ThreadLocal 用法）

....等等....

比如存储 交易id等信息。每个线程私有。

比如aop里记录日志需要before记录请求id，end拿出请求id，这也可以。

比如jdbc连接池（很典型的一个 ThreadLocal 用法）

....等等....

上面我们基本上知道了 ThreadLocal 的使用方式以及应用场景，当然应用场景不止这些这只是工作中常用到的场景；下面我们对它的原理进行分析;

我们先看一下它的 set 方法;

public void set(T value) {

Thread t = Thread.currentThread;

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if(map != null)

map.set(this, value);

else

createMap(t, value);

是不是特别简单，首先获取当前线程，用当前线程作为key,去获取 ThreadLocalMap ,然后判断map是否为空，不为空就将当前线程作为key,传入的value作为map的value值；如果为空就创建一个 ThreadLocalMap ,然后将key和value方进去；从这里可以看出value值是存放到 ThreadLocalMap 中；

然后我们看看 ThreadLocalMap 是怎么来的？先看下 getMap 方法：

//在Thread类中维护了threadLocals变量，注意是Thread类

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

//在ThreadLocal类中的getMap方法

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {

returnt.threadLocals;

这就能解释每个线程中都有一个 ThreadLocalMap ，因为 ThreadLocalMap 的引用在Thread中维护；这就确保了线程间的隔离；

我们继续回到 set 方法，看到当map等于空的时候 createMap(t, value);

void createMap(Thread t, T firstValue) {

t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);

这里就是new了一个 ThreadLocalMap 然后赋值给 threadLocals 成员变量； ThreadLocalMap 构造方法：

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {

//初始化一个Entry

table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];

//计算key应该存放的位置

int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);

//将Entry放到指定位置

table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);

size = 1;

//设置数组的大小 16*2/3=10,类似HashMap中的0.75*16=12

setThreshold(INITIAL_CAPACITY);

这里写有个大概的印象，后面对 ThreadLocalMap 内部结构还会进行详细的讲解；

下面我们再去看一下 get 方法：

public T get{

Thread t = Thread.currentThread;

//用当前线程作为key去获取ThreadLocalMap

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if(map != null) {

//map不为空，然后获取map中的Entry

ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);

if(e != null) {

@SuppressWarnings( "unchecked")

//如果Entry不为空就获取对应的value值

T result = (T)e.value;

returnresult;

//如果map为空或者entry为空的话通过该方法初始化，并返回该方法的value

returnsetInitialValue;

get 方法和 set 都比较容易理解，如果map等于空的时候或者entry等于空的时候我们看看 setInitialValue 方法做了什么事：

private T setInitialValue{

//初始化变量值 由子类去实现并初始化变量

T value = initialValue;

Thread t = Thread.currentThread;

//这里再次getMap;

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if(map != null)

map.set(this, value);

else

//和 set方法中的

createMap(t, value);

returnvalue;

下面我们再去看一下 ThreadLocal 中的 initialValue 方法：

protected T initialValue{

returnnull;

设置初始值，由子类去实现；就例如我们上面的例子，重写 ThreadLocal 类中的 initialValue 方法：

private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> local= new ThreadLocal<SimpleDateFormat> {

@Override

//初始化线程本地变量

protected SimpleDateFormat initialValue{

returnnew SimpleDateFormat( "yyyy-MM-dd");

createMap 方法和上面 set 方法中 createMap 方法同一个，就不过多的叙述了；剩下还有一个 removve 方法

public void remove{

ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread);

if(m != null)

//2. 从map中删除以当前threadLocal实例为key的键值对

m.remove(this);

源码的讲解就到这里，也都比较好理解，下面我们看看 ThreadLocalMap 的底层结构

ThreadLocalMap的底层结构

上面我们已经了解了 ThreadLocal 的使用场景以及它比较重要的几个方法；下面我们再去它的内部结构；经过上的源码分析我们可以看到数据其实都是存放到了 ThreadLocal 中的内部类 ThreadLocalMap 中；而 ThreadLocalMap 中又维护了一个Entry对象，也就说数据最终是存放到Entry对象中的；

static class ThreadLocalMap {

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {

/** The value associated with this ThreadLocal. */

Object value;

Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {

super(k);

value = v;

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {

table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];

int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);

table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);

size = 1;

setThreshold(INITIAL_CAPACITY);

Entry的构造方法是以当前线程为key,变量值Object为value进行存储的；在上面的源码中 ThreadLocalMap 的构造方法中也涉及到了Entry；看到Entry是一个数组；初始化长度为 INITIAL_CAPACITY = 16； 因为 Entry 继承了 WeakReference ，在 Entry 的构造方法中，调用了 super(k) 方法就会将 threadLocal 实例包装成一个 WeakReferenece 。这也是 ThreadLocal 会产生内存泄露的原因；

内存泄露产生的原因

图片

如图所示存在一条引用链： Thread Ref->Thread->ThreadLocalMap->Entry->Key:Value ，经过上面的讲解我们知道 ThreadLocal 作为Key,但是被设置成了弱引用，弱引用在JVM垃圾回收时是优先回收的，就是说无论内存是否足够弱引用对象都会被回收；弱引用的生命周期比较短；当发生一次GC的时候就会变成如下：

图片

TreadLocalMap 中出现了Key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value,如果线程迟迟不结束（也就是说这条引用链无意义的一直存在）就会造成value永远无法回收造成内存泄露；如果当前线程运行结束Thread， ThreadLocalMap ,Entry之间没有了引用链，在垃圾回收的时候就会被回收；但是在开发中我们都是使用线程池的方式，线程池的复用不会主动结束；所以还是会存在内存泄露问题；

解决方法也很简单，就是在使用完之后主动调用 remove 方法释放掉；

解决Hash冲突

记得在大学学习数据结构的时候学习了很多种解决hash冲突的方法;例如：

线性探测法（开放地址法的一种）：计算出的散列地址如果已被占用，则按顺序找下一个空位。如果找到末尾还没有找到空位置就从头重新开始找；

图片

二次探测法（开放地址法的一种）

图片

链地址法：链地址是对每一个同义词都建一个单链表来解决冲突，HashMap采用的是这种方法；

图片

多重Hash法：在key冲突的情况下多重hash,直到不冲突为止，这种方式不易产生堆积但是计算量太大；

公共溢出区法：这种方式需要两个表，一个存基础数据，另一个存放冲突数据称为溢出表；

上面的图片都是在网上找到的一些资料，和大学时学习时的差不多我就直接拿来用了；也当自己复习了一遍；

介绍了那么多解决Hash冲突的方法，那 ThreadLocalMap 使用的哪一种方法呢？我们可以看一下源码：

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

Entry[] tab = table;

int len = tab.length;

//根据HashCode & 数组长度 计算出数组该存放的位置

int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

//遍历Entry数组中的元素

for(Entry e = tab[i];

e != null;

e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {

ThreadLocal<?> k = e.get;

//如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key，那么就刷新Entry中的value；

if(k == key) {

e.value = value;

return;

// entry!=null,key==null时，说明threadLcoal这key已经被GC了，这里就是上面说到

//会有内存泄露的地方，当然作者也知道这种情况的存在，所以这里做了一个判断进行解决脏的

//entry（数组中不想存有过时的entry），但是也不能解决泄露问题，因为旧value还存在没有消失

if(k == null) {

//用当前插入的值代替掉这个key为null的“脏”entry

replaceStaleEntry(key, value, i);

return;

//新建entry并插入table中i处

tab[i] = new Entry(key, value);

int sz = ++size;

if(!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)

rehash;

从这里我们可以看出使用的是线性探测的方式来解决hash冲突！

源码中通过 nextIndex(i, len) 方法解决 hash 冲突的问题，该方法为 ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0); ，也就是不断往后线性探测，直到找到一个空的位置，当到哈希表末尾的时候还没有找到空位置再从 0 开始找，成环形！

使用ThreadLocal时对象存在哪里？

在java中，栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即栈内存可以理解成线程的私有变量，而堆内存中的变量对所有线程可见，可以被所有线程访问！

那么 ThreadLocal 的实例以及它的值是不是存放在栈上呢？其实不是的，因为 ThreadLocal 的实例实际上也是被其创建的类持有，（更顶端应该是被线程持有），而 ThreadLocal 的值其实也是被线程实例持有，它们都是位于堆上，只是通过一些技巧将可见性修改成了线程可见。

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