ThreadLocal 定義，以及是否可能引起的內存泄露(threadlocalMap的Key是弱引用，用線程池有可能泄露)

一、目錄

1、ThreadLocal是什么？有什么用？

2、ThreadLocal源碼簡要總結？

3、ThreadLocal為什么會導致內存泄漏？

二、ThreadLocal是什么？有什么用？

引入話題：在並發條件下，如何正確獲得共享數據？舉例：假設有多個用戶需要獲取用戶信息，一個線程對應一個用戶。在mybatis中，session用於操作數據庫，那么設置、獲取操作分別是session.set()、session.get()，如何保證每個線程都能正確操作達到想要的結果？

/**
 * 回顧synchronized在多線程共享線程的問題
 * @author qiuyongAaron
 */
public class ThreadLocalOne {
     volatile Person person=new Person();
 
     public  synchronized String setAndGet(String name){
          //System.out.print(Thread.currentThread().getName()+":");
           person.name=name;
           //模擬網絡延遲
           try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
           }
           return person.name;
     }
 
     public static void main(String[] args) {
           ThreadLocalOne  threadLocal=new ThreadLocalOne();
           new Thread(()->System.out.println(threadLocal.setAndGet("arron")),"t1").start();
           new Thread(()->System.out.println(threadLocal.setAndGet("tony")),"t2").start();
     }
}
 
class Person{
     String name="tom";
     public Person(String name) {
           this.name=name;
     }
 
     public Person(){}
}
 
運行結果：
無synchronized：
t1:tony
t2:tony
 
有synchronized：
t1:arron
t2:tony

步驟分析：

無synchronized的時候，因為非原子操作，顯然不是預想結果，可參考我關於synchronized的討論。
現在，我們的需求是：每個線程獨立的設置獲取person信息，不被線程打擾。
因為，person是共享數據，用同步互斥鎖synchronized，當一個線程訪問共享數據的時候，其他線程堵塞，不再多余贅述。

通過舉例問題，可能大家又會很疑惑？

mybatis、hibernate是如何實現的呢？

synchronized不會很消耗資源，當成千上萬個操作的時候，承受並發不說，數據返回延遲如何確保用戶體驗？

ThreadLocal是什么？有什么用？

/**
 * 談談ThreadLocal的作用
 * @author qiuyongAaron
 */
public class ThreadLocalThree {
     ThreadLocal<Person> threadLocal=new ThreadLocal<Person>();
     public String setAndGet(String name){
           threadLocal.set(new Person(name));
           try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
           } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
           }
           return threadLocal.get().name;
     }
 
     public static void main(String[] args) {
           ThreadLocalThree  threadLocal=new ThreadLocalThree();
           new Thread(()->System.out.println("t1:"+threadLocal.setAndGet("arron")),"t1").start();
           new Thread(()->System.out.println("t2:"+threadLocal.setAndGet("tony")),"t2").start();
     }
}
運行結果：
t1:arron
t2:tony

分析：

1、根據預期結果，那ThreadLocal到底是什么？

回顧Java內存模型：

在虛擬機中，堆內存用於存儲共享數據（實例對象），堆內存也就是這里說的主內存。

每個線程將會在堆內存中開辟一塊空間叫做線程的工作內存，附帶一塊緩存區用於存儲共享數據副本。那么，共享數據在堆內存當中，線程通信就是通過主內存為中介，線程在本地內存讀並且操作完共享變量操作完畢以后，把值寫入主內存。

ThreadLocal被稱為線程局部變量，說白了，他就是線程工作內存的一小塊內存，用於存儲數據。
那么，ThreadLocal.set()、ThreadLocal.get()方法，就相當於把數據存儲於線程本地，取也是在本地內存讀取。就不會像synchronized需要頻繁的修改主內存的數據，再把數據復制到工作內存，也大大提高訪問效率。

2、ThreadLocal到底有什么用？

回到最開始的舉例，也就等價於mabatis、hibernate為什么要使用threadlocal來存儲session？
作用一：因為線程間的數據交互是通過工作內存與主存的頻繁讀寫完成通信，然而存儲於線程本地內存，提高訪問效率，避免線程阻塞造成cpu吞吐率下降。
作用二：在多線程中，每一個線程都需要維護session，輕易完成對線程獨享資源的操作。

總結：

Threadlocal是什么？在堆內存中，每個線程對應一塊工作內存，threadlocal就是工作內存的一小塊內存。

Threadlocal有什么用？threadlocal用於存取線程獨享數據，提高訪問效率。

三、ThreadLocal源碼簡要總結？

那有同學可能還是有點雲里霧里，感覺還是沒有吃透？那線程內部如何去保證線程獨享數據呢？

在這里，我只做簡要總結，若有興趣，可參考文章尾部的文章鏈接。重點看get、set方法。

 public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
 }

分析：

一個線程對應一個ThreadLocalMap ，可以存儲多個ThreadLocal對象。
ThreadLocal對象作為key、獨享數據作為value。
ThreadLocalMap可參考HashMap，在ThreadMap里面存在Entry數組也就是一個Entry一個鍵值對。

public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

分析：

一個線程對應一個ThreadLocalMap，get()就是當前線程獲取自己的ThreadLocalMap。
線程根據使用那一小塊的threadlocal，根據ThreadLocal對象作為key，去獲取存儲於ThreadLocalMap中的值。

總結：

回顧一下，我們在單線程中如何使用HashMap的？hashMap根據數組+鏈表來實現HashMap，一個key對應一個value。那么，我們抽象一下，Threadlocal也相當於在多線程中的一種HashMap用法，相當於對ThradLocal的操作也就如單線程操作一樣。

總之，ThreadLocal就是堆內存的一塊小內存，它用ThreadLocalMap維護ThreadLocal對象作為key，獨享數據作為value的東西。

四、ThreadLocal為什么會導致內存泄漏？

synchronized是用時間換空間(犧牲時間)、ThreadLocal是用空間換時間(犧牲空間)，為什么這么說？

因為synchronized操作數據，只需要在主存存一個變量即可，就阻塞等共享變量，而ThreadLocal是每個線程都創建一塊小的堆工作內存。顯然，印證了上面的說法。

一個線程對應一塊工作內存，線程可以存儲多個ThreadLocal。那么假設，開啟1萬個線程，每個線程創建1萬個ThreadLocal，也就是每個線程維護1萬個ThreadLocal小內存空間，而且當線程執行結束以后，假設這些ThreadLocal里的Entry還不會被回收，那么將很容易導致堆內存溢出。

怎么辦？難道JVM就沒有提供什么解決方案嗎？

ThreadLocal當然有想到，所以他們把ThreadLocal里的Entry設置為弱引用，當垃圾回收的時候，回收ThreadLocal。

什么是弱引用？

Key使用強引用：也就是上述說的情況，引用ThreadLocal的對象被回收了，ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key為強引用並沒有被回收，如果不手動回收的話，ThreadLocal將不會回收那么將導致內存泄漏。
Key使用弱引用：引用的ThreadLocal的對象被回收了，ThreadLocal的引用ThreadLocalMap的Key為弱引用，如果內存回收，那么將ThreadLocalMap的Key將會被回收，ThreadLocal也將被回收。value在ThreadLocalMap調用get、set、remove的時候就會被清除。
比較兩種情況，我們可以發現：由於ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一樣長，如果都沒有手動刪除對應key，都會導致內存泄漏，但是使用弱引用可以多一層保障：弱引用ThreadLocal不會內存泄漏，對應的value在下一次ThreadLocalMap調用set,get,remove的時候會被清除。

那按你這么說，既然JVM有保障了，還有什么內存泄漏可言？

ThreadLocalMap使用ThreadLocal對象作為弱引用，當垃圾回收的時候，ThreadLocalMap中Key將會被回收，也就是將Key設置為null的Entry。 如果線程遲遲無法結束，也就是ThreadLocal對象將一直不會回收，回顧到上面存在很多線程+TheradLocal，那么也將導致內存泄漏。(內存泄露的重點)

其實，在ThreadLocal中，當調用remove、get、set方法的時候，會清除為null的弱引用，也就是回收ThreadLocal。

ThreadLocal提供一個線程（Thread）局部變量，訪問到某個變量的每一個線程都擁有自己的局部變量。說白了，ThreadLocal就是想在多線程環境下去保證成員變量的安全。