目錄一、ThreadLocal簡介二、ThreadLocal簡單使用三、ThreadLocal的實(shí)現(xiàn)原理1、set方法源碼2、get方法源碼3、remove方法的實(shí)現(xiàn)四、ThreadLocal不支持繼承性五、InheritableThreadLocal類六、從ThreadLocalMap看ThreadLocal使用不當(dāng)?shù)膬?nèi)存泄漏問題1、基礎(chǔ)概念2、分析ThreadLocalMap內(nèi)部實(shí)現(xiàn)七、總結(jié)一、ThreadLocal簡介

多線程訪問同一個(gè)共享變量的時(shí)候容易出現(xiàn)并發(fā)問題，特別是多個(gè)線程對一個(gè)變量進(jìn)行寫入的時(shí)候，為了保證線程安全，一般使用者在訪問共享變量的時(shí)候需要進(jìn)行額外的同步措施才能保證線程安全性。ThreadLocal是除了加鎖這種同步方式之外的一種保證一種規(guī)避多線程訪問出現(xiàn)線程不安全的方法，當(dāng)我們在創(chuàng)建一個(gè)變量后，如果每個(gè)線程對其進(jìn)行訪問的時(shí)候訪問的都是線程自己的變量這樣就不會(huì)存在線程不安全問題。

二、ThreadLocal簡單使用

下面的例子中，開啟兩個(gè)線程，在每個(gè)線程內(nèi)部設(shè)置了本地變量的值，然后調(diào)用print方法打印當(dāng)前本地變量的值。如果在打印之后調(diào)用本地變量的remove方法會(huì)刪除本地內(nèi)存中的變量，代碼如下所示

package test;public class ThreadLocalTest { static ThreadLocal<String> localVar = new ThreadLocal<>(); static void print(String str) {//打印當(dāng)前線程中本地內(nèi)存中本地變量的值System.out.println(str + ' :' + localVar.get());//清除本地內(nèi)存中的本地變量localVar.remove(); } public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() {//設(shè)置線程1中本地變量的值localVar.set('localVar1');//調(diào)用打印方法print('thread1');//打印本地變量System.out.println('after remove : ' + localVar.get()); }});Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() {//設(shè)置線程1中本地變量的值localVar.set('localVar2');//調(diào)用打印方法print('thread2');//打印本地變量System.out.println('after remove : ' + localVar.get()); }});t1.start();t2.start(); }}

下面是運(yùn)行后的結(jié)果：

三、ThreadLocal的實(shí)現(xiàn)原理

下面是ThreadLocal的類圖結(jié)構(gòu)，從圖中可知：Thread類中有兩個(gè)變量threadLocals和inheritableThreadLocals，二者都是ThreadLocal內(nèi)部類ThreadLocalMap類型的變量，我們通過查看內(nèi)部內(nèi)ThreadLocalMap可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際上它類似于一個(gè)HashMap。

在默認(rèn)情況下，每個(gè)線程中的這兩個(gè)變量都為null：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals=null;ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals=null;

只有當(dāng)線程第一次調(diào)用ThreadLocal的set或者get方法的時(shí)候才會(huì)創(chuàng)建他們（后面我們會(huì)查看這兩個(gè)方法的源碼）。除此之外，和我所想的不同的是，每個(gè)線程的本地變量不是存放在ThreadLocal實(shí)例中，而是放在調(diào)用線程的ThreadLocals變量里面（前面也說過，該變量是Thread類的變量）。也就是說，ThreadLocal類型的本地變量是存放在具體的線程空間上，其本身相當(dāng)于一個(gè)裝載本地變量的工具殼，通過set方法將value添加到調(diào)用線程的threadLocals中，當(dāng)調(diào)用線程調(diào)用get方法時(shí)候能夠從它的threadLocals中取出變量。如果調(diào)用線程一直不終止，那么這個(gè)本地變量將會(huì)一直存放在他的threadLocals中，所以不使用本地變量的時(shí)候需要調(diào)用remove方法將threadLocals中刪除不用的本地變量。下面我們通過查看ThreadLocal的set、get以及remove方法來查看ThreadLocal具體實(shí)怎樣工作的

1、set方法源碼

public void set(T value) { //(1)獲取當(dāng)前線程（調(diào)用者線程） Thread t = Thread.currentThread(); //(2)以當(dāng)前線程作為key值，去查找對應(yīng)的線程變量，找到對應(yīng)的map ThreadLocalMap map = getMap(t); //(3)如果map不為null，就直接添加本地變量，key為當(dāng)前定義的ThreadLocal變量的this引用，值為添加的本地變量值 if (map != null)map.set(this, value); //(4)如果map為null，說明首次添加，需要首先創(chuàng)建出對應(yīng)的map elsecreateMap(t, value);}

在上面的代碼中，(2)處調(diào)用getMap方法獲得當(dāng)前線程對應(yīng)的threadLocals(參照上面的圖示和文字說明)，該方法代碼如下

ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; //獲取線程自己的變量threadLocals，并綁定到當(dāng)前調(diào)用線程的成員變量threadLocals上}

如果調(diào)用getMap方法返回值不為null，就直接將value值設(shè)置到threadLocals中（key為當(dāng)前線程引用，值為本地變量）；如果getMap方法返回null說明是第一次調(diào)用set方法（前面說到過，threadLocals默認(rèn)值為null，只有調(diào)用set方法的時(shí)候才會(huì)創(chuàng)建map），這個(gè)時(shí)候就需要調(diào)用createMap方法創(chuàng)建threadLocals，該方法如下所示

void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}

createMap方法不僅創(chuàng)建了threadLocals，同時(shí)也將要添加的本地變量值添加到了threadLocals中。

2、get方法源碼

在get方法的實(shí)現(xiàn)中，首先獲取當(dāng)前調(diào)用者線程，如果當(dāng)前線程的threadLocals不為null，就直接返回當(dāng)前線程綁定的本地變量值，否則執(zhí)行setInitialValue方法初始化threadLocals變量。在setInitialValue方法中，類似于set方法的實(shí)現(xiàn)，都是判斷當(dāng)前線程的threadLocals變量是否為null，是則添加本地變量（這個(gè)時(shí)候由于是初始化，所以添加的值為null），否則創(chuàng)建threadLocals變量，同樣添加的值為null。

public T get() { //(1)獲取當(dāng)前線程 Thread t = Thread.currentThread(); //(2)獲取當(dāng)前線程的threadLocals變量 ThreadLocalMap map = getMap(t); //(3)如果threadLocals變量不為null，就可以在map中查找到本地變量的值 if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) { @SuppressWarnings('unchecked') T result = (T)e.value; return result;} } //(4)執(zhí)行到此處，threadLocals為null，調(diào)用該更改初始化當(dāng)前線程的threadLocals變量 return setInitialValue();}private T setInitialValue() { //protected T initialValue() {return null;} T value = initialValue(); //獲取當(dāng)前線程 Thread t = Thread.currentThread(); //以當(dāng)前線程作為key值，去查找對應(yīng)的線程變量，找到對應(yīng)的map ThreadLocalMap map = getMap(t); //如果map不為null，就直接添加本地變量，key為當(dāng)前線程，值為添加的本地變量值 if (map != null)map.set(this, value); //如果map為null，說明首次添加，需要首先創(chuàng)建出對應(yīng)的map elsecreateMap(t, value); return value;}3、remove方法的實(shí)現(xiàn)

remove方法判斷該當(dāng)前線程對應(yīng)的threadLocals變量是否為null，不為null就直接刪除當(dāng)前線程中指定的threadLocals變量

public void remove() { //獲取當(dāng)前線程綁定的threadLocals ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); //如果map不為null，就移除當(dāng)前線程中指定ThreadLocal實(shí)例的本地變量 if (m != null) m.remove(this);}

如下圖所示：每個(gè)線程內(nèi)部有一個(gè)名為threadLocals的成員變量，該變量的類型為ThreadLocal.ThreadLocalMap類型（類似于一個(gè)HashMap），其中的key為當(dāng)前定義的ThreadLocal變量的this引用，value為我們使用set方法設(shè)置的值。每個(gè)線程的本地變量存放在自己的本地內(nèi)存變量threadLocals中，如果當(dāng)前線程一直不消亡，那么這些本地變量就會(huì)一直存在（所以可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出），因此使用完畢需要將其remove掉。

四、ThreadLocal不支持繼承性

同一個(gè)ThreadLocal變量在父線程中被設(shè)置值后，在子線程中是獲取不到的。（threadLocals中為當(dāng)前調(diào)用線程對應(yīng)的本地變量，所以二者自然是不能共享的）

package test;public class ThreadLocalTest2 { //(1)創(chuàng)建ThreadLocal變量 public static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>(); public static void main(String[] args) {//在main線程中添加main線程的本地變量threadLocal.set('mainVal');//新創(chuàng)建一個(gè)子線程Thread thread = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() {System.out.println('子線程中的本地變量值:'+threadLocal.get()); }});thread.start();//輸出main線程中的本地變量值System.out.println('mainx線程中的本地變量值:'+threadLocal.get()); }}五、InheritableThreadLocal類

在上面說到的ThreadLocal類是不能提供子線程訪問父線程的本地變量的，而InheritableThreadLocal類則可以做到這個(gè)功能，下面是該類的源碼

public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> { protected T childValue(T parentValue) {return parentValue; } ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.inheritableThreadLocals; } void createMap(Thread t, T firstValue) {t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }}

從上面代碼可以看出，InheritableThreadLocal類繼承了ThreadLocal類，并重寫了childValue、getMap、createMap三個(gè)方法。其中createMap方法在被調(diào)用（當(dāng)前線程調(diào)用set方法時(shí)得到的map為null的時(shí)候需要調(diào)用該方法）的時(shí)候，創(chuàng)建的是inheritableThreadLocal而不是threadLocals。同理，getMap方法在當(dāng)前調(diào)用者線程調(diào)用get方法的時(shí)候返回的也不是threadLocals而是inheritableThreadLocal。

下面我們看看重寫的childValue方法在什么時(shí)候執(zhí)行，怎樣讓子線程訪問父線程的本地變量值。我們首先從Thread類開始說起

private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) { init(g, target, name, stackSize, null, true);}private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize, AccessControlContext acc, boolean inheritThreadLocals) { //判斷名字的合法性 if (name == null) {throw new NullPointerException('name cannot be null'); } this.name = name; //(1)獲取當(dāng)前線程(父線程) Thread parent = currentThread(); //安全校驗(yàn) SecurityManager security = System.getSecurityManager(); if (g == null) { //g:當(dāng)前線程組if (security != null) { g = security.getThreadGroup();}if (g == null) { g = parent.getThreadGroup();} } g.checkAccess(); if (security != null) {if (isCCLOverridden(getClass())) { security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);} } g.addUnstarted(); this.group = g; //設(shè)置為當(dāng)前線程組 this.daemon = parent.isDaemon();//守護(hù)線程與否(同父線程) this.priority = parent.getPriority();//優(yōu)先級(jí)同父線程 if (security == null || isCCLOverridden(parent.getClass()))this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader(); elsethis.contextClassLoader = parent.contextClassLoader; this.inheritedAccessControlContext = acc != null ? acc : AccessController.getContext(); this.target = target; setPriority(priority); //(2)如果父線程的inheritableThreadLocal不為null if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)//（3）設(shè)置子線程中的inheritableThreadLocals為父線程的inheritableThreadLocalsthis.inheritableThreadLocals = ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals); this.stackSize = stackSize; tid = nextThreadID();}

在init方法中，首先(1)處獲取了當(dāng)前線程(父線程)，然后（2）處判斷當(dāng)前父線程的inheritableThreadLocals是否為null，然后調(diào)用createInheritedMap將父線程的inheritableThreadLocals作為構(gòu)造函數(shù)參數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)新的ThreadLocalMap變量，然后賦值給子線程。下面是createInheritedMap方法和ThreadLocalMap的構(gòu)造方法

static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) { return new ThreadLocalMap(parentMap);}private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) { Entry[] parentTable = parentMap.table; int len = parentTable.length; setThreshold(len); table = new Entry[len]; for (int j = 0; j < len; j++) {Entry e = parentTable[j];if (e != null) { @SuppressWarnings('unchecked') ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get(); if (key != null) {//調(diào)用重寫的方法Object value = key.childValue(e.value);Entry c = new Entry(key, value);int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);while (table[h] != null) h = nextIndex(h, len);table[h] = c;size++; }} }}

在構(gòu)造函數(shù)中將父線程的inheritableThreadLocals成員變量的值賦值到新的ThreadLocalMap對象中。返回之后賦值給子線程的inheritableThreadLocals。總之，InheritableThreadLocals類通過重寫getMap和createMap兩個(gè)方法將本地變量保存到了具體線程的inheritableThreadLocals變量中，當(dāng)線程通過InheritableThreadLocals實(shí)例的set或者get方法設(shè)置變量的時(shí)候，就會(huì)創(chuàng)建當(dāng)前線程的inheritableThreadLocals變量。而父線程創(chuàng)建子線程的時(shí)候，ThreadLocalMap中的構(gòu)造函數(shù)會(huì)將父線程的inheritableThreadLocals中的變量復(fù)制一份到子線程的inheritableThreadLocals變量中。

六、從ThreadLocalMap看ThreadLocal使用不當(dāng)?shù)膬?nèi)存泄漏問題1、基礎(chǔ)概念

首先我們先看看ThreadLocalMap的類圖，在前面的介紹中，我們知道ThreadLocal只是一個(gè)工具類，他為用戶提供get、set、remove接口操作實(shí)際存放本地變量的threadLocals（調(diào)用線程的成員變量），也知道threadLocals是一個(gè)ThreadLocalMap類型的變量，下面我們來看看ThreadLocalMap這個(gè)類。在此之前，我們回憶一下Java中的四種引用類型

①強(qiáng)引用：Java中默認(rèn)的引用類型，一個(gè)對象如果具有強(qiáng)引用那么只要這種引用還存在就不會(huì)被GC。

②軟引用：簡言之，如果一個(gè)對象具有弱引用，在JVM發(fā)生OOM之前（即內(nèi)存充足夠使用），是不會(huì)GC這個(gè)對象的；只有到JVM內(nèi)存不足的時(shí)候才會(huì)GC掉這個(gè)對象。軟引用和一個(gè)引用隊(duì)列聯(lián)合使用，如果軟引用所引用的對象被回收之后，該引用就會(huì)加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中

③弱引用（這里討論ThreadLocalMap中的Entry類的重點(diǎn)）：如果一個(gè)對象只具有弱引用，那么這個(gè)對象就會(huì)被垃圾回收器GC掉(被弱引用所引用的對象只能生存到下一次GC之前，當(dāng)發(fā)生GC時(shí)候，無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，弱引用所引用的對象都會(huì)被回收掉)。弱引用也是和一個(gè)引用隊(duì)列聯(lián)合使用，如果弱引用的對象被垃圾回收期回收掉，JVM會(huì)將這個(gè)引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。若引用的對象可以通過弱引用的get方法得到，當(dāng)引用的對象唄回收掉之后，再調(diào)用get方法就會(huì)返回null

④虛引用：虛引用是所有引用中最弱的一種引用，其存在就是為了將關(guān)聯(lián)虛引用的對象在被GC掉之后收到一個(gè)通知。（不能通過get方法獲得其指向的對象）

2、分析ThreadLocalMap內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

上面我們知道ThreadLocalMap內(nèi)部實(shí)際上是一個(gè)Entry數(shù)組

private Entry[] table;

我們先看看Entry的這個(gè)內(nèi)部類

/** * 是繼承自WeakReference的一個(gè)類，該類中實(shí)際存放的key是 * 指向ThreadLocal的弱引用和與之對應(yīng)的value值(該value值 * 就是通過ThreadLocal的set方法傳遞過來的值) * 由于是弱引用，當(dāng)get方法返回null的時(shí)候意味著坑能引用 */static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { /** value就是和ThreadLocal綁定的 */ Object value; //k：ThreadLocal的引用，被傳遞給WeakReference的構(gòu)造方法 Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v; }}//WeakReference構(gòu)造方法(public class WeakReference<T> extends Reference<T> )public WeakReference(T referent) { super(referent); //referent：ThreadLocal的引用}//Reference構(gòu)造方法Reference(T referent) { this(referent, null);//referent：ThreadLocal的引用}Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) { this.referent = referent; this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;}

在上面的代碼中，我們可以看出，當(dāng)前ThreadLocal的引用k被傳遞給WeakReference的構(gòu)造函數(shù)，所以ThreadLocalMap中的key為ThreadLocal的弱引用。當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用ThreadLocal的set方法設(shè)置變量的時(shí)候，當(dāng)前線程的ThreadLocalMap就會(huì)存放一個(gè)記錄，這個(gè)記錄的key值為ThreadLocal的弱引用，value就是通過set設(shè)置的值。如果當(dāng)前線程一直存在且沒有調(diào)用該ThreadLocal的remove方法，如果這個(gè)時(shí)候別的地方還有對ThreadLocal的引用，那么當(dāng)前線程中的ThreadLocalMap中會(huì)存在對ThreadLocal變量的引用和value對象的引用，是不會(huì)釋放的，就會(huì)造成內(nèi)存泄漏。

考慮這個(gè)ThreadLocal變量沒有其他強(qiáng)依賴，如果當(dāng)前線程還存在，由于線程的ThreadLocalMap里面的key是弱引用，所以當(dāng)前線程的ThreadLocalMap里面的ThreadLocal變量的弱引用在gc的時(shí)候就被回收，但是對應(yīng)的value還是存在的這就可能造成內(nèi)存泄漏(因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候ThreadLocalMap會(huì)存在key為null但是value不為null的entry項(xiàng))。

七、總結(jié)

THreadLocalMap中的Entry的key使用的是ThreadLocal對象的弱引用，在沒有其他地方對ThreadLoca依賴，ThreadLocalMap中的ThreadLocal對象就會(huì)被回收掉，但是對應(yīng)的不會(huì)被回收，這個(gè)時(shí)候Map中就可能存在key為null但是value不為null的項(xiàng)，這需要實(shí)際的時(shí)候使用完畢及時(shí)調(diào)用remove方法避免內(nèi)存泄漏。

以上就是詳解Java中的ThreadLocal的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java ThreadLocal的資料請關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章！