一、引言

ThreadLocal是Java幫助實現線程封閉性的典型手段。

作用：提供線程內的局部變量，這種變量在線程的生命周期內起作用，減少同一個線程內多個函數或組件之間一些公共變量的傳遞復雜度。同時也用來維護線程中的變量不被其他線程干擾。

這個類能使線程中的某個值與保存值的對象關聯起來。ThreadLocal提供了get 與set方法，這些方法為每個使用該變量的線程都存有一份獨立的副本，因此get總是返回由當前執行線程在調用set時設置的最新值。

二、ThreadLocal的簡單應用

?ThreadLocal是使用空間換時間，synchronized是使用時間換空間，比如在hibernate中session就存在于ThreadLocal中，避免synchronized的使用。

下面程序的輸出結果為null，因為從ThreadLocal中取出的對象一定是本線程中set的對象，別的線程無法取出，因為線程自己放入的對象只能自己取得，因此無需進行加鎖處理，執行效率上ThreadLocal比synchronized要高。

public class ThreadLocal_02 {static ThreadLocal<Person> tl = new ThreadLocal<>();public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}System.out.println(tl.get()); // output : null}).start();new Thread(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}tl.set(new Person("張三"));}).start();}static class Person {String name;public Person(String name) {this.name = name;}} }

三、對ThreadLocal的理解

ThreadLocal對象通常用于防止對可變的單例變量或全局變量進行共享。

例如，在單線程應用程序中可能會維持一個全局的數據庫連接，并在程序啟動時初始化這個連接對象，從而避免在調用每個方法時都要傳遞一個Connection對象。由于JDBC的連接對象不一定是線程安全的，因此，當多線程應用程序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，每個線程都會擁有屬于自己的連接：

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>(){public Connection initialValue() {return DriverManager.getConnection(DB_URL);}};public static Connection getConnection() {return connectionHolder.get();}

在比如，當某個頻繁執行的操作需要一個臨時對象，例如一個緩沖區，而同時又希望避免在每次執行時都重新分配該臨時對象，就可以使用ThreadLocal。

四、ThreadLocal的實現原理

ThreadLocal內部提供了四個對外開放的接口方法，這也是用戶操作ThreadLocal對象的基本方法：

1、public T get() ：取得線程局部變量

2、public void set(T value) ：設置線程局部變量

3、public void remove() ：刪除線程局部變量

4、protected T initialValue() ：返回該線程局部變量初始值

思考：ThreadLocal的實例是如何為每一個線程維護變量副本的呢？

上圖來自http://www.importnew.com/22039.html

其實，每一個線程Thread其內部都維護一個ThreadLocal.ThreadLocalMap的實例對象（變量名為：threadLocals）。

你可以將這個ThreadLocalMap對象理解為一個Map，但實際上它是一個數組，一個以封裝了ThreadLocal為鍵，Object為值的元素的數組。也就是說ThreadLocal本身不存儲值，它只是作為一個key來讓當前線程從ThreadLocalMap中獲取value。值得注意的是，ThreadLocalMap是使用?ThreadLocal的弱引用作為?Key?的，弱引用的對象在GC時會被回收。

static class ThreadLocalMap {//map中的每個節點Entry,其鍵key是ThreadLocal并且還是弱引用static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}// 初始化容量為16，以為對其擴充也必須是2的指數private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;// 真正用于存儲線程的每個ThreadLocal的數組，將ThreadLocal和其對應的值包裝為一個Entryprivate Entry[] table;///....其他方法和操作都和map類似 }

由此，我們可以大概了解到了其線程局部變量的維護機制：為不同的線程創建不同的ThreadLocalMap，以線程本身作為區分，每個線程之間沒有任何聯系。

下面感興趣可以看一下get()、set()的源碼：

public T get() {Thread t = Thread.currentThread();//當前線程ThreadLocalMap map = getMap(t);//獲取當前線程對應的ThreadLocalMapif (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);//獲取對應ThreadLocal的變量值if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}//若當前線程還未創建ThreadLocalMap，則返回調用此方法并在其中調用createMap方法進行創建并返回初始值。return setInitialValue(); } public void set(T value) {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value); }

五、ThreadLocal內存泄漏問題

5.1 ThreadLocal為什么會內存泄漏？

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作為key，如果一個ThreadLocal沒有外部強引用來引用它，那么系統 GC 的時候，這個ThreadLocal勢必會被回收，這樣一來，ThreadLocalMap中就會出現key為null的Entry，就沒有辦法訪問這些key為null的Entry的value，如果當前線程再遲遲不結束（如線程池的線程回收）的話，這些key為null的Entry的value就會一直存在一條強引用鏈：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value?永遠無法回收，造成內存泄漏。?

其實，ThreadLocalMap的設計中已經考慮到這種情況，也加上了一些防護措施：在ThreadLocal的get(),set(),remove()的時候都會清除線程ThreadLocalMap里所有key為null的value。

但這些被動的預防措施并不能保證不會內存泄漏。

5.2 為什么使用弱引用？

從表面上看內存泄漏的根源在于使用了弱引用。網上的文章大多著重分析ThreadLocal使用了弱引用會導致內存泄漏，但是另一個問題也同樣值得思考：為什么使用弱引用而不是強引用？

我們先來看看官方文檔的說法：

To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.
為了應對非常大和長時間的用途，哈希表使用弱引用的 key。

下面我們分兩種情況討論：

• key 使用強引用：引用的ThreadLocal的對象被回收了，但是ThreadLocalMap還持有ThreadLocal的強引用，如果沒有手動刪除，ThreadLocal不會被回收，導致Entry內存泄漏。
• key 使用弱引用：引用的ThreadLocal的對象被回收了，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使沒有手動刪除，ThreadLocal也會被回收。value在下一次ThreadLocalMap調用set,get，remove的時候會被清除。

比較兩種情況，我們可以發現：由于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。

因此，ThreadLocal內存泄漏的根源是：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一樣長，如果沒有手動刪除對應Key就會導致內存泄漏，而不是因為弱引用。

5.3 有效避免內存泄漏的最佳實踐

每次使用完ThreadLocal，都調用它的remove()方法，清除數據。

六、鳴謝

《深入剖析ThreadLocal實現原理以及內存泄漏問題》

《深入分析 ThreadLocal 內存泄漏問題》

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java 多线程 —— ThreadLocal的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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