JDK源码系列：ThreadLocal实现原理

vlambda
2022-04-26

JDK源码系列：ThreadLocal实现原理

大家好，在软件开发过程中,一般情况下方法之间调用时都是通过接口参数来传递数据的，但有一些公共参数（userId、token、orgId、roleId等）的传递就不能那么干了，在Java中一般用ThreadLocal 去解决这个问题，今天老吕来分析下ThreadLocal的源码。

一、ThreadLocal的本质

通过共享内存来传递数据。但它是如何做到多线程安全的呢？为什么数据就不会串呢？

二、图解ThreadLocal的实现原理

整个过程中参与方主要有这几个角色：

1、Thread

线程，每一个线程都会有一个私有的线程栈空间。

2、ThreadLocal

透明的做到了和线程绑定传递数据，实际上是一个操作 ThreadLocalMap的入口工具。

3、ThreadLocalMap

数组实现的Map。用来存储要传递的数据。

4、Entry

数组元素。

JDK源码系列：ThreadLocal实现原理

通过阅读源码，我画出了上面的图，可以看出：

1、要传递的数据实际上并没有在ThreadLocal中存储，而是在ThreadLocalMap中，ThreadLocalMap实际上位于Thread对象中。

上面的注释也说了，这个map被ThreadLocal class 维护。

JDK源码系列：ThreadLocal实现原理

2、ThreadLocal实际上只是一个操作 ThreadLocalMap的入口工具。

JDK源码系列：ThreadLocal实现原理

3、每个线程是如何准确路由到自己的map上的呢？

以当前线程Thread对象来路由找到自己的map的，所以不会有线程安全问题。

ThreadLocalMap map = Thread.currentThread().threadLocals;就这么一句话就路由过去了。

4、内存泄漏指的是哪块内存？怎么就泄漏了呢？

map是由Entry数组实现的，Entry对象的实现如下：可以看到 ThreadLocal对象放入了WeakReference对象里，这就是声明了一个弱引用对象（GC时如果对象只被弱引用引用则会被回收），那是不是有一个疑问，ThreadLocal被GC回收了，这个存储不就完蛋了吗？咋用呢？事实它也不会被轻易回收，因为在你声明的ThreadLocal对象的地方肯定还有一个强引用，只有那个强引用被释放后，再下次GC时，ThreadLocal对象才会被回收。

所以如果你声明的那个ThreadLocal对象强引用被释放了，但是线程并没有结束（考虑线程池情况），这时候就会出现一个现象，Entry对象里key为null，value不为null，但是value永远也用不了了，这就相当于内存泄漏了。

5、如何避免泄漏？

1）在一个线程每一次运行生命周期的起始端调用 threadLocal.set(o)方法来重置覆盖上次可能遗留的资源

2）在一个线程每一次运行生命周期的末端调用 threadLocal.remove()方法是否绑定的资源

3）threadLocal一般声明为static类型的对象，避免频繁创建与释放

三、既然明白了ThreadLocal的原理，有没有考虑过自己手写一个工具实现类似功能？

//手撕一个线程绑定传递工具public class MyMap<K,V> { private Map<Thread,Map<K,V>> threadMap = new ConcurrentHashMap<>();
 public void put(K key,V value){ Map map = threadMap.get(Thread.currentThread()); if (map==null) { threadMap.put(Thread.currentThread(),new HashMap()); } map = threadMap.get(Thread.currentThread()); map.put(key,value); }
 public V get(K key){ Map<K,V> map = threadMap.get(Thread.currentThread()); if (map==null) { return null; } return map.get(key); }}

//简单测试一把public class ThreadLocalClient2 { static MyMap<String,String> map = new MyMap<String,String>(); public static void main(String[] args) { ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory(); threadFactory.newThread(new Runnable() { @SneakyThrows @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { map.put("name"+i,Thread.currentThread().getName()+"zhangsan"+i); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+map.get("name"+i)); } } }).start();
 threadFactory.newThread(new Runnable() { @SneakyThrows @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { map.put("name"+i,Thread.currentThread().getName()+"lishi"+i); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+map.get("name"+i)); } } }).start(); while (true); }}
运行结果是正常的pool-1-thread-1:pool-1-thread-1zhangsan0pool-1-thread-2:pool-1-thread-2lishi0pool-1-thread-1:pool-1-thread-1zhangsan1pool-1-thread-2:pool-1-thread-2lishi1pool-1-thread-2:pool-1-thread-2lishi2pool-1-thread-1:pool-1-thread-1zhangsan2pool-1-thread-1:pool-1-thread-1zhangsan3pool-1-thread-2:pool-1-thread-2lishi3pool-1-thread-1:pool-1-thread-1zhangsan4pool-1-thread-2:pool-1-thread-2lishi4

有没有发现老吕实现的这个线程绑定传递工具类有什么缺陷？？？

很明显是有内存泄漏问题，线程结束后，map里的数据不能自动释放。

我想这也可能是为什么在ThreadLocal的实现中要将ThreadLocalMap放到Thread对象内部，它能随着Thread对象的释放而自动释放，省心。

四、总结

1、每个Thread对象都包含一个 ThreadLocalMap对象，用来存储要传递共享的数据

2、ThreadLocal并不存储数据，它只是提供了操作Thread对象中map对象的操作入口

3、ThreadLocal通过当前线程对象Thread.currentThread()来路由，可以轻松路由到正确的thread对象以及map对象上，解决线程安全问题

4、经常使用ThreadLocal.remove() 方法可以及时释放map中的资源，防止意外情况发生

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