ThreadLocal的内部实现原理和作用机制是怎样的？

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目录

一、背景

二、ThreadLocal解决的问题

三、如何创建一个ThreadLocal实例

四、ThreadLocal如何做到线程变量隔离

五、理解三个类

六、查看set方法是如何实现的

七、看看get方法是如何实现的

八、ThreadLocal总结

目录

• 一、背景
• 二、ThreadLocal解决的问题
• 三、如何创建一个ThreadLocal实例
• 四、ThreadLocal如何做到线程变量隔离
  • 1、理解3个类
  • 2、看下set方法是如何实现的
  • 3、看看 get 方法如何实现
• 五、ThreadLocalMap中的hash冲突是如何处理的
  • 1、ThreadLocal对象的hash值是怎样的
  • 2、解决hash冲突
• 六、ThreadLocal内存泄漏

一、背景

最近有人问我ThreadLocal是如何做到在每个线程中的值都是隔离的，此处写篇文章来简单记录下。

二、ThreadLocal解决的问题

1. 该数据属于该线程Thread自身，别的线程无法对其影响。_{(需要注意：需要调用ThreadLocal的remove方法)}
2. 不存在线程安全问题。_{（因为ThreadLocal类型的变量只有自身的线程可以访问，所以这点是成立的。）}

比如：

用户登录成功后，需要将登录用户信息保存起来，以方便在系统中的任何地方都可以使用到，那么此时就可以使用ThreadLocal来实现。例如：Spring Security中的ThreadLocalSecurityContextHolderStrategy类。

三、如何创建一个ThreadLocal实例

private static final ThreadLocal<String> USER_NAME = new ThreadLocal<>();

ThreadLocal的实例推荐使用private static final来修饰。

四、ThreadLocal如何做到线程变量隔离 1、理解3个类

1. ThreadLocal: 此类提供了一个简单的set,get,remove方法，用于设置，获取或移除 绑定到线程本地变量中的值。

2. ThreadLocalMap: 这是在ThreadLocal中定义的一个类，可以简单的将它理解成一个Map，不过它的key是WeakReference弱引用类型，这样当这个值没有在别的地方引用时，在发生垃圾回收时，这个map的key会被自动回收，不过它的值不会被自动回收。

   static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { // key 弱引用 super(k); // 值强引用 value = v; } }

3. Thread：这个是线程类，在这个类中存在一个threadLocals变量，具体的类型是ThreadLocal.ThreadLocalMap。

2、看下set方法是如何实现的

public void set(T value) { // 获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); // 获取绑定到这个线程自身的 ThreadLocalMap，这个ThreadLocalMap是从Thread类的`threadLocals`变量中获取的 ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { // 向map中设置值，key为 ThreadLocal 对象的实例。 map.set(this, value); } else { // 如果map不存在，则创建出来。 createMap(t, value); } }

通过上方的代码，我们可知： 当我们向ThreadLocal中设置一个值，会经过如下几个步骤：

1. 获取当前线程Thread
2. 获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象。
3. 向ThreadLocalMap中设置值，key为ThreadLocal对象，值为具体的值。

3、看看 get 方法如何实现

public T get() { // 获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); // 获取这个线程自身绑定的 ThreadLocalMap 对象 ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { // this是ThreadLocal对象，获取Map中的Entry对象 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") // 获取具体的值 T result = (T)e.value; return result; } } // 设置初始值 return setInitialValue(); }

从上方的get 和 set 方法可以得知，通过往ThreadLocal对象中设置值或获取值，其实是最终操作到Thread对象中的threadLocals字段中，而这个字段是Thread自身的，因此做到了隔离。

五、ThreadLocalMap中的hash冲突是如何处理的 1、ThreadLocal对象的hash值是怎样的

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode(); // 该 ThreadLocal 对象自身的hash code值 private final int threadLocalHashCode = nextHashCode(); // 从0开始 private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger(); // 每次递增固定的值 private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647; // hash code 值计算 private static int nextHashCode() { return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT); }

从上方的代码中可以，ThreadLocal类在实例化出来之后，它的hash code值(threadLocalHashCode)就是固定的，即使ThreadLocal调用了set方法，设置了别的值，它的hash code值也不会发生变化。

此字段threadLocalHashCode为ThreadLocal对象的hash值，在ThreadLocalMap中需要用到这个hash值。

2、解决hash冲突

ThreadLocalMap解决hash冲突的办法很简单。就是通过线性探测法。如果发生了冲突，就去找数组后面的可用位置。具体看上图。演示的是A和B 2个ThreadLocal对象，然后发生了冲突，A和B存在的位置在那个地方。

六、ThreadLocal内存泄漏

ThreadLocal为什么会存在内存泄漏呢？

这是因为ThreadLocalMap中的key是WeakReference类型，也就是弱引用类型，而弱引用类型的数据在没有外部强引用类型的话，在发生gc的时候，会自动被回收掉。注意： 此时是key被回收了，但是value是没有回收的。因此在ThreadLocalMap中的Entry[]中可能存在key是null，但是value是具体的值的对象，因此就发生了内存泄漏。

解决内存泄漏：

当我们使用完ThreadLocal对象后，需要在适当的时机调用ThreadLocal#remove()方法。 _{否则就只有等Thread自动退出才能清除，如果是使用了线程池，Thread会重用，清除的机会就更难。}