參考:ThreadLocal與WeakReference

線程封閉

當訪問共享的可變數據時，通常需要使用同步；一種避免使用同步的方式就是不共享數據；如何數據僅僅被一個線程訪問，就不需要同步，該技術就是線程封閉。

ThreadLocal就是其中一種實現。

ThreaLocal常見使用

線程池:由于JDBC連接對象不一定是線程安全的，因此，當多個線程在沒有協同的情況下使用全局變量時，就不是線程安全的。通過將JDBC的連接保存到ThreadLocal對象中，每個線程都擁有屬于自己的連接。

    private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new
            ThreadLocal<Connection>() {
                @Override
                protected Connection initialValue() {
                    return DriverManager.getConnection("");
                }
            };
    
    public static Condition getConnection() {
        return connectionHolder.get();
    }

除此之外，Spring等各種框架大量使用了ThreadLocal(使用它來保存上下文)。

原理

Thread

在Thread對象中有一個變量(鉤子)，保存Map對象。?

    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

當你調用ThreadLocal中的set方法時就會生成一個Map對象，把這個Map對象賦值給Thread對象。

ThreadLocal

設值

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value); // 以ThreadLocal對象作為key設值
        else
            createMap(t, value);
    }

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

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

取值

    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();
    }

    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

    protected T initialValue() { // 該方法可以重新設置初始化值
        return null;
    }

ThreadLocal本質上是給每個線程綁定一個Map對象，該Map對象key是ThreadLocal本身，value是要設置的值；這樣每個value就僅僅可以被該線程自己訪問到，外部其他線程不會訪問到該對象，實現了線程安全。

Thread與ThreadLocal關系

Thread和ThreadLocal之間有著很緊密的關系，Thread中的Map持有ThreadLocal對象(以它作為key)。

當兩者之間都已經死亡時，自然會被GC回收；當兩者都“存活”時，GC不會回收它們；那么當Thread或ThreadLocal兩者之間一個“死亡”時情況是什么樣呢。

Thread死亡

當Thread死亡時，線程中Map也不存在了，因為Map被回收，Map中保存的key、value也會根據是否還被引用來決定是否被回收，不會導致內存泄露。

ThreadLocal死亡

當ThreadLocal死亡時，線程依然存活，Map還在，但是Map中一個以該ThreadLocal為key的Entry需要失效，該Entry中的key和value應該被GC。

為了實現這一點，ThreadLocal中的Entry實現:

        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

這樣，當ThreadLocal死亡時，因為Entry中key是弱引用，GC依然會回收該對象，不會導致內存泄露。

而Entry中該key對應value的回收是通過下列方法實現的:

        private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
            boolean removed = false;
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            do {
                i = nextIndex(i, len);
                Entry e = tab[i];
                if (e != null && e.get() == null) { // e.get() point
                    n = len;
                    removed = true;
                    i = expungeStaleEntry(i);
                }
            } while ( (n >>>= 1) != 0);
            return removed;
        }

expungeStaleEntry方法中:
                    e.value = null; // value set null
                    tab[i] = null;
                    size--;

通過該方法把value設置為null，以便在下次GC時能夠及時回收該對象；ThreadLocal死亡時不會導致內存泄露。

注意

當前很多技術都是使用的線程池技術，線程不會頻繁的創建銷毀，那么存在一種可能性，比如線程池中一個線程拿到全局ThreadLocal對象并設置了一個很大的字符串對象，使用過后沒有remove操作，那么由于線程和ThreadLocal都是存活的，那么該字符串對象是不會被回收的，導致內存泄露，所以當使用完畢后線程最好調用ThreadLocal中的remove方法，及時移除該對象，防止不必要的內存損耗。