問題的提出

• 在Java多線程中，共享變量的讀寫非常容易出現(xiàn)不可預(yù)測的行為，因此對共享變量的訪問控制非常重要。因此在多線程編程時，為了保證線程安全，需要進行額外的同步措施。比如典型的操作就是加鎖。除了加鎖外，另一種常用的方法是使用ThreadLocal , 這種用法在框架中非常普遍。
• ThreadLocal可以理解為線程本地變量。多個線程對同一個變量如何不互相影響，那么只有對自身獨有的變量訪問（獨占內(nèi)存）時才是線程安全的，因此，ThreadLocal 為變量在每個線程中都創(chuàng)建了一個副本，該副本只能被當(dāng)前線程訪問，多線程之間是隔離的，變量不能在多線程之間共享。這樣每個線程修改變量副本時，不會對其他線程產(chǎn)生影響。

常規(guī)做法

• 多線程訪問 ThreadLocal 變量時都會有自己獨立的實例副本，要維護線程與變量的對應(yīng)關(guān)系，一種普遍的思維就是在 ThreadLocal 中維護一個映射表 Map 用于記錄線程與實例之間的映射關(guān)系，也就是有一層總控的協(xié)調(diào)在里面。
• 但是，如果存在總控進行協(xié)調(diào)，那么在新增線程和銷毀線程時都需要更新 Map 中的映射關(guān)系時，就會在總控這里產(chǎn)生多線程并發(fā)修改，那么就又產(chǎn)生了額外的操作來保證 Map 是線程安全的。如果是在高并發(fā)的場景并發(fā)修改 Map 需要加鎖，會明顯降低性能。

JDK的實現(xiàn)

• JDK的 ThreadLocal 提供了一種新的思路，從 Thread 的視角來看，在 Thread 中維護一個 Map用于記錄 ThreadLocal 與實例之間的映射關(guān)系，這樣在同一個線程內(nèi)，Map 就不需要加鎖了。

• 從 Thread 代碼定義看出：Thread類依賴了ThreadLocal.ThreadLocalMap；

public class Thread implements Runnable {/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained* by the ThreadLocal class. */ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
} 

• 從 ThreadLocal 的代碼來看：
  1. 它的get/set都是從線程取到對應(yīng)的ThreadLocal.ThreadLocalMap；代碼僅以get示例。
  2. 它定義的ThreadLocalMap的 Entry 繼承了WeakReference，Entry的key是弱引用，value是強引用。這樣設(shè)計獲得了另外一個好處：防止內(nèi)存泄漏。在 JVM 垃圾回收時，只要發(fā)現(xiàn)了弱引用的對象，不管內(nèi)存是否充足，都會被回收。如果key是強引用，當(dāng)ThreadLocal不再使用時，ThreadLocalMap中還是存在對ThreadLocal的強引用，那么GC是無法回收的，從而造成內(nèi)存泄漏。

public class ThreadLocal<T> {/*** Returns the value in the current thread's copy of this* thread-local variable.  If the variable has no value for the* current thread, it is first initialized to the value returned* by an invocation of the {@link #initialValue} method.** @return the current thread's value of this thread-local*/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();}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}static class ThreadLocalMap {/*** The entries in this hash map extend WeakReference, using* its main ref field as the key (which is always a* ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()* == null) mean that the key is no longer referenced, so the* entry can be expunged from table.  Such entries are referred to* as "stale entries" in the code that follows.*/static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}}
}

• Entry的key設(shè)計成了弱引用，但是當(dāng)ThreadLocal不再使用被 GC 回收后，ThreadLocalMap 中可能出現(xiàn) Entry的key為null，那么Entry的value一直會強引用數(shù)據(jù)而得不到釋放，只能等待線程銷毀。
• 如何避免ThreadLocalMap內(nèi)存泄漏? ThreadLocal做了如下的保護措施，在執(zhí)行 ThreadLocal.set()/get()方法時，ThreadLocal會調(diào)用expungeStaleEntry方法清除 ThreadLocalMap 中key為null的 Entry 對象，讓它還能夠被 GC 回收。
  • expungeStaleEntry方法會遍歷ThreadLocalMap的散列表，從當(dāng)前節(jié)點開始向后遍歷數(shù)組，將過期的條目（即key為null的條目）清理掉，并將這些條目的位置設(shè)置為null。如果遇到未過期的數(shù)據(jù)，則重新計算其位置并重新分配，確保數(shù)據(jù)盡可能靠近正確的位置，以減少沖突和查找時間?。

編程習(xí)慣

在編程時，還需要注意：

• 當(dāng)線程中某個ThreadLocal對象不再使用時，立即調(diào)用remove()方法刪除Entry對象。
• 如果是在異常的場景中，應(yīng)在finally代碼塊中進行清理，保持良好的異常處理意識。

學(xué)得經(jīng)驗

• 除了集中控制并發(fā)外，可以將競爭的數(shù)據(jù)分散出去。
• 解決方案的自洽性，增加了線程自身的數(shù)據(jù)副本，需要保證生命周期的一致性，這里的設(shè)計盡最大可能的保證了GC的可執(zhí)行。