ThreadLocal實現原理詳解

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介紹

ThreadLocal大家應該不陌生，經常在一些同步優化中會使用到它。很多地方叫線程本地變數，ThreadLocal為變數在每個線程中都創建了一個副本，那麼每個線程可以訪問自己內部的副本變數。也就是對於同一個ThreadLocal，每個線程通過get、set、remove介面操作只會影響自身線程的數據，不會干擾其他線程中的數據。

ThreadLocal是怎麼實現的呢？

ThreadLocal又有哪些誤區呢？

源碼分析

從ThreadLocal的set方法說起，set是用來設置想要在線程本地數據，可以看到先拿到當前線程，然後獲取當前線程的ThreadLocalMap，如果map不存在先創建map，然後設置本地變數值。

那ThreadLocalMap又是什麼？跟線程有什麼關係？可以看到ThreadLocalMap其實是線程自身的一個成員屬性threadLocals的類型。也就是線程本地數據都存在這個threadLocals應用的ThreadLocalMap中。

我們再接著看看ThreadLocalMap，跟想像中的Map有點不一樣，它其實內部是有個Entry數組，將數據包裝成靜態內部類Entry對象，存儲在這個table數組中，數組的下標是threadLocal的threadLocalHashCode&(INITIAL_CAPACITY-1)，因為數組的大小是2的n次方，那其實這個值就是threadLocalHashCode%table.length，用&而不用%，其實是提升效率。只要數組的大小不變，這個索引下標是不變的，這也方便去set和get數據。

我們再看看Entry的定義，Entry繼承自WeakReference（這麼做目的是什麼，後面會講到），構造方法有兩個參數一個是threadLocal對象，一個是線程本地的變數。

看到這裡大家應該就明白了，每個線程自身都維護著一個ThreadLocalMap，用來存儲線程本地的數據，可以簡單理解成ThreadLocalMap的key是ThreadLocal變數，value是線程本地的數據。就這樣很簡單的實現了線程本地數據存儲以及交互訪問。

誤區

上文也提到了，Entry繼承自WeakReference，大家都知道WeakReference（弱引用）的特性，只要從根集出發的引用中沒有有效引用指向該對象，則該對象就可以被回收，這裡的有效引用並不包含WeakReference，所以弱引用不影響對象被GC。這裡被WeakReference引用的對象是哪個呢？可以看Entry的構造方法，很容易看出指的是ThreadLocal自身，也就是說ThreadLocal自身的回收不受ThreadLocalMap的這個弱引用的影響，讓用戶減輕GC的煩惱。

但是不用做些什麼嗎？這麼簡單？其實不然，ThreadLocalMap還做了其他的工作，試想一下，ThreadLocal對象如果外界沒有有效引用，是能夠被GC，但是Entry呢？Entry也能自動被GC嗎，當然不行，Entry還被ThreadLocalMap的table數組強引用著呢。所以ThreadLocalMap該做點什麼？我看看ThreadLocalMap的expungeStaleEntry這個方法，這個方法在ThreadLocalMap get、set、remove、rehash等方法都會調用到，看下面標紅的兩處代碼，第一處是將remove的entry賦空，第二次處是找到已經被GC的ThreadLocal，然後會清理掉table數組對entry的引用。這樣entry在後續的GC中就會被回收。

是不是這樣就萬事大吉了呢，不用擔心GC問題了呢？沒那麼簡單，還是有點坑：這裡的坑與WeakHashMap垃圾回收原理中所說的類似，如果數據初始化好之後，一直不調用get、set等方法，這樣Entry就一直不能回收，導致內存泄漏。所以一旦數據不使用最好主動remove。

有些同學問，如果線程資源回收了，還會泄漏嗎？當然不會，線程回收後，存在線程相關的ThreadLocalMap也會被回收，線程相關的本地數據自然也會回收。但是不要忘記ThreadLocal的使用場景，就是用來存儲線程本地變數，大部分場景中，線程都是一直存活或者長時間存活。

場景

一般在連接池優化上會使用到ThreadLocal，在多線程獲取連接池時，會有同步操作，影響性能。如果使用ThreadLocal，每個線程使用自己的獨立連接，性能會有一定的提升。

總結

希望這遍文章能夠提升大家對ThreadLocal的理解，避免踩坑，使用起來也更加瞭然於胸。

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