ThreadLocal学习笔记

ThreadLocal作用

ThreadLocal是Java中用于解决线程安全问题的一种机制，它允许创建线程局部变量，即每个线程都有自己独立的变量副本，从而避免了线程间的资源共享和同步问题。

ThreadLocal底层原理

每一个线程内部有一个ThreadLocalMap，它其实就是一个HashMap，底层用一个Entry数组来存数据。Entry的key是ThreadLocal本身，弱引用；value就是要保存的一个资源，强引用。

• set()方法：以当前的ThreadLocal对象为key，以资源为value，然后放到ThreadLocalMap中
• get()方法：以当前的ThreadLocal对象为key，从ThreadLocalMap取值

开发中一般把ThreadLocal声明为static类型的变量，此时ThreadLocal对象就是所有线程共享的。

那么问题来了：

1.既然key都是共享的，那不同线程取出来的value不就是同一个了吗？
其实不是，ThreadLocalMap是每个线程私有的，每个线程的ThreadLocalMap不一样，各有一份。所以即使key是相同的，但是从不同ThreadLocalMap中取出来的value也不一样。

2.为什么key是弱引用的？
因为要避免key的内存泄漏问题。
正常new一个对象时，基本上都是一些局部变量，方法执行完GC就把这些对象清理回收了，如果创建一个全局的map或者list，然后一直往里面存东西不清理，那也会出现内存泄漏。一般来说，这种全局的map或者list都是本地缓存，或者其他的第三方库中会用到的，内存泄漏的情况一般第三方库都会处理好，开发人员无需处理。
我们正常去new Thread()，用完之后正常销毁，那Thread类中的ThreadLocalMap这个属性也就会被GC回收了，不会出现内存泄漏问题。但是项目中其实没有人直接new Thread()，都是直接使用线程池。Spring Boot项目处理请求时，也是从tomcat线程池中拿出来一个线程，然后去处理请求。
假设key是强引用的，由于线程池中的线程不会销毁，会一直复用，也就是说一直存在一条引用链：GC Roots -> … -> Thread -> ThreadLocalMap -> Entry -> key -> ThreadLocal，即便不想用ThreadLocal了，把ThreadLocal对象设置为null，但是这条引用链还是存在的，Entry对key的这个引用也是存在的，而这个key对应的ThreadLocal对象已经不用了，但是还是没办法被GC回收，所以要把这个key设置为弱引用。如果只被弱引用关联的话，那么只要发生了垃圾回收，它就能够被直接回收，从而避免内存泄漏问题。

3.既然key是弱引用，那么它一定会被GC回收，一定会变成null吗？
不一定，弱引用被GC回收的前提是：这个对象只有弱引用关联，没有其他的引用。如果ThreadLocal对象没有被设置为null的话，那么还有一个强引用指向它，所以得把ThreadLocal对象设置为null，强引用才会断开，就只剩下Entry的key的弱引用，GC才能自动回收。

4.ThreadLocalMap会不会出现大量key为null的数据？
当我们去调用ThreadLocal的get(), set()方法或者remove()方法的时候，底层就会遍历Entry数组，清理掉key为null的无效的Entry，然后通过线性探测法重新去处理哈希冲突。

5.为什么value不是弱引用的？
我们把数据存到value中是为了后面去用它，如果value是弱引用的，那么现在代码里可能还没有用value，也就是说暂时还没有强引用去指向这个value，那么GC之后，就会错误地把这个value回收了。但是value后面可能还要去获取和使用，所以value不能直接被GC回收，因此必须是强引用的。
但是由于value是强引用的，因此也会存在着一条引用链：GC Roots -> … -> Thread -> ThreadLocalMap -> Entry -> value -> ThreadLocal，所以在使用完ThreadLocal之后需要调用remove()方法手动断开value的强引用，让GC将其回收。

ThreadLocal与锁

ThreadLocal和锁都是为了解决并发安全的问题，两者的区别是：

锁的思想是共享资源只有一份，强制让多个线程必须互斥访问；ThreadLocal的思想是把这个资源复制多份，每个线程一个副本，各访问各的，不冲突。

ThreadLocal的思想也是处理死锁的思想，产生死锁的四个条件是：互斥、不可剥夺、请求保持条件、循环等待条件。

• 互斥：共享资源必须互斥访问，不能被同时访问。ThreadLocal的思想就是让每个线程操作自己的数据副本，让每个线程各自访问各自的资源，因此就能够破坏互斥条件。
• 请求保持条件：多个线程各占用一份资源，同时还在请求其他线程的资源且每个线程都不愿意放弃自己的资源，从而形成互相等待，造成死锁。举个栗子，线程一和二需要获取两个锁A和B，才能够继续执行。如果线程一持有锁A，然后并尝试获取B，同时线程二持有锁B，然后尝试去获取锁A，双方互相等待就有可能产生死锁。ReentrantLock有个tryLock()方法，尝试加锁，加锁失败就可以做其他操作，通过这个其实就可以设置一种机制，如果不能一次性获取所有的锁，那就主动释放自己已持有的锁，从而打破请求保持条件。

说明

内容参考@程序员回家养猪博主的视频进行总结