面试官：知道ThreadLocal嘛？谈谈你对它的理解？

在java的多线程模块中，ThreadLocal是经常被提问到的一个知识点，提问的方式有很多种，可能是循序渐进也可能是就像我的题目那样，因此只有理解透彻了，不管怎么问，都能游刃有余。

这篇文章主要从以下几个角度来分析理解，以下源码基于jdk1.8。

1、ThreadLocal是什么

2、ThreadLocal怎么用

3、ThreadLocal源码分析

4、ThreadLocal内存泄漏问题

下面我们带着这些问题，一点一点揭开ThreadLocal的面纱。若有不正之处请多多谅解，并欢迎批评指正。

一、ThreadLocal是什么

从名字我们就可以看到ThreadLocal叫做线程变量，意思是ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

从字面意思来看非常容易理解，但是从实际使用的角度来看，就没那么容易了，作为一个面试常问的点，使用场景那也是相当的丰富：

1、在进行对象跨层传递的时候，使用ThreadLocal可以避免多次传递，打破层次间的约束。

2、线程间数据隔离

3、进行事务操作，用于存储线程事务信息。

4、数据库连接，Session会话管理。

现在相信你已经对ThreadLocal有一个大致的认识了，下面我们看看如何用？

二、ThreadLocal怎么用

既然ThreadLocal的作用是每一个线程创建一个副本，我们使用一个例子来验证一下：

 1public class ThreadLocalTest01 {
 2    public static void main(String[] args) {
 3        //新建一个ThreadLocal
 4        ThreadLocal<String> local = new ThreadLocal<>();
 5        //新建一个随机数类
 6        Random random = new Random();
 7        //使用java8的Stream新建5个线程
 8        IntStream.range(0, 5).forEach(a-> new Thread(()-> {
 9            //为每一个线程设置相应的local值
10            local.set(a+"  "+random.nextInt(10));   
11            System.out.println("线程和local值分别是  "+ local.get());
12            try {
13                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
14            } catch (InterruptedException e) {
15                e.printStackTrace();
16            }
17        }).start());
18    }
19}
20/*线程和local值分别是  0  6
21  线程和local值分别是  1  4
22  线程和local值分别是  2  3
23  线程和local值分别是  4  9
24  线程和local值分别是  3  5 */

从结果我们可以看到，每一个线程都有各自的local值，我们设置了一个休眠时间，就是为了另外一个线程也能够及时的读取当前的local值。

这就是TheadLocal的基本使用，是不是非常的简单。那么为什么会在数据库连接的时候使用的比较多呢？

 1class ConnectionManager {
 2    private static Connection connect = null;
 3    public static Connection openConnection() {
 4        if(connect == null){
 5            connect = DriverManager.getConnection();
 6        }
 7        return connect;
 8    }
 9    public static void closeConnection() {
10        if(connect!=null)
11            connect.close();
12    }
13}

上面是一个数据库连接的管理类，我们使用数据库的时候首先就是建立数据库连接，然后用完了之后关闭就好了，这样做有一个很严重的问题，如果有1个客户端频繁的使用数据库，那么就需要建立多次链接和关闭，我们的服务器可能会吃不消，怎么办呢？如果有一万个客户端，那么服务器压力更大。

这时候最好ThreadLocal，因为ThreadLocal在每个线程中对连接会创建一个副本，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。是不是很好用。

以上主要是讲解了一个基本的案例，然后还分析了为什么在数据库连接的时候会使用ThreadLocal。下面我们从源码的角度来分析一下，ThreadLocal的工作原理。

三、ThreadLocal源码分析

在最开始的例子中，只给出了两个方法也就是get和set方法，其实还有几个需要我们注意。

1//获取ThreadLocal的值
2public T get() { }
3//设置ThreadLocal的值
4public void set(T value) { }
5//删除ThreadLocal
6public void remove() { }
7//初始化ThreadLocal的值
8protected T initialValue() { }

方法这么多，我们主要来看set，然后就能认识到整体的ThreadLocal了：

1、set方法

1    public void set(T value) {
2        Thread t = Thread.currentThread();
3        ThreadLocalMap map = getMap(t);
4        if (map != null)
5            map.set(this, value);
6        else
7            createMap(t, value);
8    }

从set方法我们可以看到，首先获取到了当前线程t，然后调用getMap获取ThreadLocalMap，如果map存在，则将当前线程对象t作为key，要存储的对象作为value存到map里面去。如果该Map不存在，则初始化一个。

OK，到这一步了，相信你会有几个疑惑了，ThreadLocalMap是什么，getMap方法又是如何实现的。带着这些问题，继续往下看。先来看ThreadLocalMap。

 1static class ThreadLocalMap {
 2   /**
 3    * The entries in this hash map extend WeakReference, using
 4    * its main ref field as the key (which is always a
 5    * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
 6    * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
 7    * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
 8    * as "stale entries" in the code that follows.
 9    */
10    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
11       /** The value associated with this ThreadLocal. */
12       Object value;
13       Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
14           super(k);
15           value = v;
16       }
17    }
18    //还有很多很多
19}

我们可以看到ThreadLocalMap其实就是ThreadLocal的一个静态内部类，里面定义了一个Entry来保存数据，而且还是继承的弱引用。在Entry内部使用ThreadLocal作为key，使用我们设置的value作为value。

还有一个getMap

1    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
2        return t.threadLocals;
3    }

调用当期线程t，返回当前线程t中的成员变量threadLocals。而threadLocals其实就是ThreadLocalMap。

2、get方法

 1    public T get() {
 2        Thread t = Thread.currentThread();
 3        ThreadLocalMap map = getMap(t);
 4        if (map != null) {
 5            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
 6            if (e != null) {
 7                @SuppressWarnings("unchecked")
 8                T result = (T)e.value;
 9                return result;
10            }
11        }
12        return setInitialValue();
13    }

通过上面ThreadLocal的介绍相信你对这个方法能够很好的理解了，首先获取当前线程，然后调用getMap方法获取一个ThreadLocalMap，如果map不为null，那就使用当前线程作为ThreadLocalMap的Entry的键，然后值就作为相应的的值，如果没有那就设置一个初始值。

如何设置一个初始值呢？

 1    private T setInitialValue() {
 2        T value = initialValue();
 3        Thread t = Thread.currentThread();
 4        ThreadLocalMap map = getMap(t);
 5        if (map != null)
 6            map.set(this, value);
 7        else
 8            createMap(t, value);
 9        return value;
10    }

原理很简单

3、remove方法

1    public void remove() {
2         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
3         if (m != null)
4             m.remove(this);
5     }

从我们的map移除即可。

OK，其实内部源码很简单，现在我们总结一波

（1）每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用

（2）ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，用Entry来进行存储

（3）ThreadLocal创建的副本是存储在自己的threadLocals中的，也就是自己的ThreadLocalMap。

（4）ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，而且可以有多个threadLocal变量，因此保存在map中

（5）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常，当然也可以初始化一个，但是必须重写initialValue()方法。

（6）ThreadLocal本身并不存储值，它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value。

OK，现在从源码的角度上不知道你能理解不，对于ThreadLocal来说关键就是内部的ThreadLocalMap。

四、ThreadLocal其他几个注意的点

只要是介绍ThreadLocal的文章都会帮大家认识一个点，那就是内存泄漏问题。我们先来看下面这张图。

上面这张图详细的揭示了ThreadLocal和Thread以及ThreadLocalMap三者的关系。

1、Thread中有一个map，就是ThreadLocalMap

2、ThreadLocalMap的key是ThreadLocal，值是我们自己设定的。

3、ThreadLocal是一个弱引用，当为null时，会被当成垃圾回收

4、重点来了，突然我们ThreadLocal是null了，也就是要被垃圾回收器回收了，但是此时我们的ThreadLocalMap生命周期和Thread的一样，它不会回收，这时候就出现了一个现象。那就是ThreadLocalMap的key没了，但是value还在，这就造成了内存泄漏。

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

一、ThreadLocal是什么

二、ThreadLocal怎么用

三、ThreadLocal源码分析

四、ThreadLocal其他几个注意的点

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