面试专题：深入分析ThreadLocal原理及其应用
原创面试专题：深入分析ThreadLocal原理及其应用
原创
ThreadLocal的作用
ThreadLocal是Java中所提供的线程本地存储机制，可以利用该机制将数据缓存在某个线程内部，该线程可以在任意时刻、任意方法中获取缓存的数据。为多线程环境下，变量安全提供的一种解决思路，ThreadLocal是给没一个线程建立一个自己的单独的变量副本，每个线程都可以独立的去改变自己的变量副本，从而不会影响其他线程。
ThreadLocal源码
get() 用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本
public T get() {
// 获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
// 操作ThreadLocalMap
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();
}set() 用来设置当前线程中的变量副本
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}remove() 用来移除当前线程中变量的副本。
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}initialValue() 是一个protected方法，一般是用来使用时进行重写。
protected T initialValue() {
return null;
}ThreadLocal的原理
通过上述ThreadLocal的源码查看，其内部主要依靠ThreadLocalMap。内部类ThreadLocalMap才是真正实现线程隔离机制的关键，类似Map，由键值对key/value组成的一个Entry数组，key是ThreadLocal本身的一个弱引用，也就是当前ThreadLocal
对象，value就是对应的线程变量副本值。
ThreadLocalMap数据结构，采用数组+开放地址法
static class Entry extends WeakReference<> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}ThreadLocal注意事项
上述原理可以看到，Entry继承了WeakReference，即Entry的key是弱引用，弱引用的特点是，如果这个对象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的时候必然会被清理掉（GC）。所以key会在垃圾回收的时候被回收掉， 而key对应的value则不会被回收， 这样会导致一种现象：key为null，value有值。
所以，如果ThreadLocal对象越来越多，久而久之，ThreadLocalMap里面就会有很多没有key的value，就会造成内存不足，进而内存泄漏。
解决办法内存泄漏
（1）自动清除，ThreadLocal会自动清除key为null的value
ThreadLocal的get()、set()的时候都会清除线程ThreadLocalMap里所有key为null的value。这也是ThreadLocal的巧妙，防止程序忘记手动remove。
（2）手动清除，使用完毕后及时调用ThreadLocal.remove()
remove方法会主动将当前的key和value(Entry)进行清除。
（3）把ThreadLocal设置为全局变量
ThreadLocal设置为全局变量使得它无法被GC回收。因为成员变量中使用就将修饰符设置为public static，那么内存中一直存在这个key，所以value也就不会存在key为null的情况， 也就不会内存泄漏。
模拟ThreadLocal内存泄露案例
设置程序堆大小
接下来用代码模拟ThreadLocal内存泄露的问题，并查看有没有手动回收的情况，有什么不一样。案例代码如下，也就是，创建30个对象，每个大对象，占用 10 m。
public class ThreadLocalOOM {
// 全局ThreadLocal变量
public static ThreadLocal<LargeObject> threadLocal = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(30);
// 提交大量任务到线程池
for (int i = 0; i < 30; i++) {
executor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 在每个任务中分配一个大对象，并存入ThreadLocal
LargeObject largeObject = new LargeObject();
threadLocal.set(largeObject);
}
});
}
// 关闭线程池，但这并不会自动清理线程局部变量
executor.shutdown()
}
static class LargeObject {
// 假设这是一个非常大的对象，占用大量内存
byte[] data = new byte[1024 * 1024 * 10]; // 10MB的数据数组
}
}没有手动remove
调用remove，不会出现内存泄漏
那么为什么要这样设计呢？
问题1：Entry的key可以设置为强引用吗？
若是强引用，即使线程变为null，key的引用依然指向ThreadLocal对象，GC也不会回收，导致这一块内存一直存在，除非该线程结束，也就是只能手动删除，否则这对于程序来说，就出现了内存泄漏。
问题2：Entry的value可以设置为弱引用吗？
假如value被设计成弱引用，那么很有可能当你需要取这个value值的时候，取出来的值是一个null。因为一旦把本应该强引用的value设计成了弱引用，那么只要jvm执行一次GC操作，value就直接被回收掉了。当你需要从当前线程中取值的时候，最终得到的就是null。
使用场景
（1）全局存储用户信息，服务端拦截用户请求，将用户的验证信息保存到ThreadLocal中，使得整个线程上下文都可以获取，就不用每次去获取用户信息。
（2）多线程进行日期格式化
由于SimpleDateFormat是线程不安全的，导致多个线程共享这个同一个对象时出现线程不安全问题，所以多线程访问可能会报错。
public class DateUtilNotSale {
private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> sdf = ThreadLocal.withInitial(
() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
);
public static Date parse(String dateStr){
Date date = null;
try {
// date = sdf.parse(dateStr); parse线程不安全，没有做线程安全处理，不能保证原子性，
// 导致多个线程共享这个同一个对象时出现线程不安全问题
date = sdf.get().parse(dateStr);
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
return date;
}
}
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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