实战指南：理解 ThreadLocal 原理并用于Java 多线程上下文管理

ThreadLocal 是 Java 提供的一个用于线程级别数据存储的类。它为每个线程提供了独立的变量副本，使得每个线程都能独立地操作自己的变量，而不会与其他线程的变量冲突。这种机制特别适用于需要线程隔离的场景，通过 ThreadLocal，我们可以确保同一个变量在不同线程中拥有各自独立的值。

我们先来看下Thread、ThreadLocalMap、ThreadLocal结构关系：

每个Thread都有一个ThreadLocalMap变量
ThreadLocalMap内部定义了Entry(ThreadLocal<?> k, Object v)节点类，这个节点继承了WeakReference类泛型为ThreacLocal类

ThreadLocal主要作用就是实现线程间变量隔离，对于一个变量，每个线程维护一个自己的实例，防止多线程环境下的资源竞争，那ThreadLocal是如何实现这一特性的呢？基本原理实现如下：

每个Thread对象中都包含一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的threadlocals成员变量；
该map对应的每个元素Entry对象中：key是ThreadLocal对象的弱引用，value是该threadlocal变量在当前线程中的对应的变量实体；
当某一线程执行获取该ThreadLocal对象对应的变量时，首先从当前线程对象中获取对应的threadlocals哈希表，再以该ThreadLocal对象为key查询哈希表中对应的value；
由于每个线程独占一个threadlocals哈希表，因此线程间ThreadLocal对象对应的变量实体也是独占的，不存在竞争问题，也就避免了多线程问题。

（二）既然`ThreadLocalMap`的`key`是弱引用，`GC`之后`key`是否为`null`？

在搞清楚这个问题之前，我们需要先搞清楚Java的四种引用类型：

强引用：new出来的对象就是强引用，只要强引用存在，垃圾回收器就永远不会回收被引用的对象，哪怕内存不足的时候。
软引用：使用SoftReference修饰的对象被称为软引用，在内存要溢出的时候软引用指向的对象会被回收。
弱引用：使用WeakReference修饰的对象被称为弱引用，只要发生垃圾回收，被弱引用指向的对象就会被回收。
虚引用：虚引用是最弱的引用，用PhantomReference进行定。唯一的作用就是用来队列接受对象即将死亡的通知。

这个问题的答案是不为null，从上图的图示就可以直接看出。

（三）ThreadLocal中的内存泄漏问题及JDK处理方法

由图可知，ThreadLocal.ThreadLocalMap 对应的Entry中，key为ThreadLocal对象的弱引用，方法执行对应栈帧中的ThreadLocal引用为强引用。当方法执行过程中，由于栈帧销毁或者主动释放等原因，释放了ThreadLocal对象的强引用，即表示该ThreadLocal对象可以被回收了。又因为Entry中key为ThreadLocal对象的弱引用，所以当jvm执行GC操作时是能够回收该ThreadLocal对象的。

而Entry中value对应的是变量实体对象的强引用，因此释放一个ThreadLocal对象，是无法释放ThreadLocal.ThreadLocalMap中对应的value对象的，也就造成了内存泄漏。除非释放当前线程对象，这样整个threadlocals都被回收了。但是日常开发中会经常使用线程池等线程池化技术，释放线程对象的条件往往无法达到。

JDK处理的方法是，在ThreadLocalMap进行set()、get()、remove()的时候，都会进行清理：

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    Entry e = table[i];
    if (e != null && e.get() == key)
        return e;
    else
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    while (e != null) {
        ThreadLocal<?> k = e.get();
        if (k == key)
            return e;
        if (k == null)
            //如果key为null，对应的threadlocal对象已经被回收，清理该Entry
            expungeStaleEntry(i);
        else
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;
}

（四）部分核心源码回顾

ThreadLocal的API很少就包含了4个，分别是get()、set()、remove()、withInitial()，源码如下：

public T get() {}

public void set(T value){}

public void remove(){}

public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) {
        
}

get()：从当前线程的 ThreadLocalMap 获取与当前 ThreadLocal 对象对应的值。如果 ThreadLocalMap 中不存在该值，则调用 setInitialValue() 方法进行初始化。
set(T value)：将当前线程的 ThreadLocalMap 中的值设置为给定的 value。如果当前线程没有 ThreadLocalMap，则会创建一个新的 ThreadLocalMap 并将值设置进去。
remove()：从当前线程的 ThreadLocalMap 中移除与当前 ThreadLocal 对象对应的值，帮助防止内存泄漏。
withInitial(Supplier<? extends T> supplier)：返回一个新的 ThreadLocal 对象，其初始值由 Supplier 提供。这允许使用者在创建 ThreadLocal 时指定初始值。

针对这几个源码我们重点进行分析和体会。

ThreadLocal.set()方法源码详解

pubic void set(T value) {
    // 获取当前线程
    Thread t = Threac.currentThread();
    // 获取当前线程的ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 如果map不为null， 调用ThreadLocalMap.set()方法设置值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else 
        // map为null，调用createMap()方法初始化创建map
        createMap(t, value);
}

// 返回线程的ThreadLocalMap.threadLocals
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

// 调用ThreadLocalMap构造方法创建ThreadLocalMap
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

// ThreadLocalMap

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