Java程序员面试必备五：理解ThreadLocal

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ThreadLocal概述

常常会在资料上看到对ThreadLocal的描述：

“是一个变量的本地副本，为每一个线程提供一个变量副本，相互不影响”
“避免了共享变量的冲突”
“解决多线程的并发访问的一种方式”

个人觉得这样的描述很具有迷惑性，”副本”那主本是什么?它根本就不是解决”并发访问”问题的好吧,ThreadLocal中的变量根本就没有共享,哪来的”并发访问”?

更确切的定义:

ThreadLocal是线程执行时的上下文,用于存放线程局部变量。

ThreadLocal 涉及的三个类：

ThreadLocalMap 是存放局部变量的容器
Thread中通过变量ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals来持有ThreadLocalMap的实例
ThreadLocal则是ThreadLocalMap的manager，控制着ThreadLocalMap的创建、存取、删除等工作。

ThreadLocalMap

ThreadLocalMap和Map接口没有关系，它是使用数组来存储变量的，定义如下：

private Entry[] table  //table的初始容量是16

当table的实际长度大于容量时进行成倍扩容，所以table的容量始终是2的幂。

Entry使用ThreadLocal对象作为键，注意不是使用线程(Thread)对象作为键。Entry类继承了WeakReference，定义成弱引用的目的是确保没有了ThreadLocal对象的强引用时，能释放ThreadLocalMap中的变量内存。

由于ThreadLocalMap是隐藏在内部的，程序员不可见，所以必须要有一个机制能释放ThreadLocalMap对象中的变量内存。如下场景：

// 定义ThreadLocal
public static final ThreadLocal<Session> sessions = new ThreadLocal<Session>();
在某个时刻：
sessions = null;

内存泄露

ThreadLocal为应对内存泄露做的工作：

将Entry定义成弱引用，如果ThreadLocal实例不存在强引用了那么Entry的key就会失效
代码实现中取值方法(get)、存入值方法(set)执行前都对失效的Key进行清理

即便是这样也不能保证万无一失：

一般情况下为了使线程可以共用ThreadLocal，会这样定义：static final ThreadLocal threadLocal,这样static变量的生命周期是随class一起的，所以它永远不会被GC回收，这个强引用在key就不会失效。
不使用static定义threadLocal，由于有一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value的存在，在长生命周期的线程中(列如线程池)也有内存泄露的风险。短生命周期的线程则无所谓，由于随着线程生命周期的结束，一切都烟消云散。

当然这并不可怕，只要在使用完threadLocal后调用下remove()方法，清除数据，就可以了。

小结

1：ThreadLocal是线程执行时的上下文,用于存放线程局部变量。它不能解决并发情况下数据共享的问题
2：ThreadLocal是以ThreadLocal对象本身作为key的，不是线程(Thread)对象
3：ThreadLocal存在内存泄露的风险，要养成用完即删的习惯
4：ThreadLocal使用散列定位数据存储坐标，如果发生Hash碰撞，使用线性探测重新定位，这在高并发场景下会影响一点性能。改善方法如netty的FastThreadLocal，使用固定坐标，以空间换时间。