ThreadLocal

TheadLocal有什么用？

ThreadLocal 类允许每个线程绑定自己的值，可以将其形象地比喻为一个“存放数据的盒子”。每个线程都有自己独立的盒子，用于存储私有数据，确保不同线程之间的数据互不干扰。

创建一个 ThreadLocal 变量时，每个访问该变量的线程都会拥有一个独立的副本。这也是 ThreadLocal 名称的由来。线程可以通过 get() 方法获取自己线程的本地副本，或通过 set() 方法修改该副本的值，从而避免了线程安全问题。

ThreadLocal 和 Synchronized 区别？

Synchronized 是基于锁机制的，用于控制对共享资源的访问，确保线程间数据的一致性和安全性，实现线程间的互斥访问。

所以说，Synchronized 是通过换空间让多个线程排队访问，ThreadLocal 是空间换时间为每个线程提供了一份变量的副本，从而实现线程隔离。

ThreadLocal原理

Thread类源代码。

public class Thread implements Runnable {
    //......
    //与此线程有关的ThreadLocal值。由ThreadLocal类维护
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

    //与此线程有关的InheritableThreadLocal值。由InheritableThreadLocal类维护
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
    //......
}

Thread 类中有一个 threadLocals 和 一个 inheritableThreadLocals 变量，它们都是 ThreadLocalMap 类型的变量,我们可以把 ThreadLocalMap 理解为ThreadLocal 类实现的定制化的 HashMap。默认情况下这两个变量都是 null，只有当前线程调用 ThreadLocal 类的 set或get方法时才创建它们，实际上调用这两个方法的时候，我们调用的是ThreadLocalMap类对应的 get()、set()方法。

ThreadLocal类的set()方法

public void set(T value) {
    //获取当前请求的线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //取出 Thread 类内部的 threadLocals 变量(哈希表结构)
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        // 将需要存储的值放入到这个哈希表中
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

最终的变量是放在了当前线程的 ThreadLocalMap 中，并不是存在 ThreadLocal 上，ThreadLocal 可以理解为只是ThreadLocalMap的封装，传递了变量值。 ThrealLocal 类中可以通过Thread.currentThread()获取到当前线程对象后，直接通过getMap(Thread t)可以访问到该线程的ThreadLocalMap对象。

每个Thread中都具备一个ThreadLocalMap，而ThreadLocalMap可以存储以ThreadLocal为 key ，Object 对象为 value 的键值对。

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
    //......
}

ThreadLocal 内存泄露问题是怎么导致的？

内存泄漏是由于无用的对象无法被GC回收，长时间占用内存，导致可用内存逐渐减少，最终形成内存溢出。

ThreadLocal 内存泄漏的根本原因在于其内部实现机制。

每个线程维护一个名为 ThreadLocalMap 的 map。 当你使用 ThreadLocal 存储值时，实际上是将值存储在当前线程的 ThreadLocalMap 中，其中 ThreadLocal 实例本身作为 key，而你要存储的值作为 value。

ThreadLocalMap 的 key 和 value 引用机制：

• key 是弱引用：ThreadLocalMap 中的 key 是 ThreadLocal 的弱引用 (WeakReference<ThreadLocal<?>>)。 这意味着，如果 ThreadLocal 实例不再被任何强引用指向，垃圾回收器会在下次 GC 时回收该实例，导致 ThreadLocalMap 中对应的 key 变为 null。

• value 是强引用：ThreadLocalMap 中的 value 是强引用。 即使 key 被回收（变为 null），value 仍然存在于 ThreadLocalMap 中，被强引用，不会被回收。

当 ThreadLocal 实例失去强引用后，其对应的 value 仍然存在于 ThreadLocalMap 中，因为 Entry 对象强引用了它。如果线程持续存活（例如线程池中的线程），ThreadLocalMap 也会一直存在，导致 key 为 null 的 entry 无法被垃圾回收，机会造成内存泄漏。

内存泄漏的发生需要同时满足两个条件：

1. ThreadLocal 实例不再被强引用；

2. 线程持续存活，导致 ThreadLocalMap 长期存在。

ThreadLocalMap 如何解决 Hash 冲突

通过线性探测法，从头到尾去寻找下一个可用的位置，循环遍历。

如何跨线程传递ThreadLocal的值？

如果想要在异步场景下传递 ThreadLocal 值，有两种解决方案：

• InheritableThreadLocal ：InheritableThreadLocal 是 JDK1.2 提供的工具，继承自 ThreadLocal 。使用 InheritableThreadLocal 时，会在创建子线程时，令子线程继承父线程中的 ThreadLocal 值，但是无法支持线程池场景下的 ThreadLocal 值传递。

• TransmittableThreadLocal ： TransmittableThreadLocal （简称 TTL） 是阿里巴巴开源的工具类，继承并加强了InheritableThreadLocal类，可以在线程池的场景下支持 ThreadLocal 值传递。

InheritableThreadLocal 原理

在 Thread 类中添加了一个新的 ThreadLocalMap ，命名为 inheritableThreadLocals ，该变量用于存储需要跨线程传递的 ThreadLocal 值。

class Thread implements Runnable {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
}

通过改造 Thread 类的构造方法来实现，在创建 Thread 线程时，拿到父线程的 inheritableThreadLocals 变量赋值给子线程即可。

TransmittableThreadLocal 原理

阿里巴巴无法改动 JDK 的源码，因此他内部通过 装饰器模式 在原有的功能上做增强，以此来实现线程池场景下的 ThreadLocal 值传递。

TTL 改造的地方有两处：

• 实现自定义的 Thread ，在 run() 方法内部做 ThreadLocal 变量的赋值操作。

• 基于 线程池 进行装饰，在 execute() 方法中，不提交 JDK 内部的 Thread ，而是提交自定义的 Thread 。