ThreadLocal

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ThreadLocal是什么？

ThreadLocal的作用？

ThreadLocal实现原理

ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是如何处理hash冲突的？

ThreadLocalMap中的key为什么要设置为弱引用？

意如其名：本地线程变量

ThreadLocal变量是当前线程的变量，该变量对其他线程都是隔离的，ThreadLocal变量为每个线程都创建了一个内部变量。每个线程都可以访问自己的内部变量，其他线程不可访问。

ThreadLocal的作用？

ThreadLocal可以实现线程间的隔离，实现线程安全ThreadLocal中每个线程可以实现资源共享（线程内）

ThreadLocal实现原理

ThreadLocal每个线程内都有一个内部的成员变量  ThreadLocalMap

起到线程隔离的是每个线程内的map集合，threadLocal起到的作用的关联资源对象

ThreadLocalMap这个变量用于存储资源对象

调用set方法，就是以当前ThreadLocal作为Key，资源对象为Value，存入ThreadLocalMap中调用get方法，就是以当前ThreadLocal作为Key，从资源对象中获取相对应的资源调用remove方法，就是以当前ThreadLocal作为Key，从资源对象中移除相对应的资源

ThreadLocalMap

 由图可以看出 每个线程都有一个内部的map，并且都有独立的标识（1，2，3）

ThreadLocal就是通过这些对线程进行隔离的

ThreadlocalMap的初始容量capcity = 16，（负载因子）factor =    2/3

当元素超过 16 * 2/3 = 10.66666 = 10（向下取整）时扩容

ThreadLocalMap是如何处理hash冲突的？

在别的map中（hashmap，hashtable）等等中都是采用拉链法来处理hash冲突的

但是在ThreadLocalMap是采用开放寻址法解决hash冲突的

什么是开放寻址法？

比如在上图中thread-1中加入元素，当与key为a索引为0的元素进行了hash冲突，将会把元素放在下一个空闲的位置

 

 如图可见，与索引为0的元素出现hash冲突就将元素放在了下一个空闲的位置

ThreadLocalMap中的key为什么要设置为弱引用？

先查看源码（JDK11）

 static class ThreadLocalMap {
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
        private ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] table;
        private int size = 0;
        private int threshold;

        private void setThreshold(int len) {
            this.threshold = len * 2 / 3;
        }

        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return i + 1 < len ? i + 1 : 0;
        }

        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return i - 1 >= 0 ? i - 1 : len - 1;
        }

进入Entry数组中查看

static class Entry extends WeakReference> {
            Object value;

            Entry(ThreadLocal k, Object v) {
                super(k);
                this.value = v;
            }
        }

发现只有键super（k）调用了父类的构造（WeakRenference）把他变成了一个弱引用

为什么要这样设计呢？

仔细看下ThreadLocal内存结构就会发现，Entry数组对象通过ThreadLocalMap最终被Thread持有，并且是强引用。也就是说Entry数组对象的生命周期和当前线程一样。即使ThreadLocal对象被回收了，Entry数组对象也不一定被回收，这样就有可能发生内存泄漏。ThreadLocal在设计的时候就提供了一些补救措施：

Entry的key是弱引用的ThreadLocal对象，很容易被回收，导致key为null（但是value不为null）。所以在调用get()、set(T)、remove()等方法的时候，会自动清理key为null的Entity。remove()方法就是用来清理无用对象，防止内存泄漏的。所以每次用完ThreadLocal后需要手动remove()。有些文章认为是弱引用导致了内存泄漏，其实是不对的。假设把弱引用变成强引用，这样无用的对象key和value都不为null，反而不利于GC，只能通过remove()方法手动清理，或者等待线程结束生命周期。也就是说ThreadLocalMap的生命周期由持有它的线程来决定，线程如果不进入terminated状态，ThreadLocalMap就不会被GC回收，这才是ThreadLocal内存泄露的原因。

Thread可能要进行长时间的运行（如线程池中的线程），如果key不再使用，需要在内存不足GC时回收，释放其占用的内存，如果是强引用不再使用的key也回收不了GC仅仅是让key的内存释放，值内存的释放还需要酌情处理，释放时机：
获取(get) key发现null key（不推荐，容易造成内存泄漏）设置(set) key时会使用启发式扫描，清除临近的null key，启发次数与元素个数，是否发现null key 有关（不推荐，容易造成内存泄漏）remove时（推荐），因为一般使用ThreadLocal时都把它作为静态变量，因此GC无法回收

参考文献：Java面试题视频教程，大厂Java面试突击技巧，工作几年和应届生必看的黑马程序员Java面试必考真题_哔哩哔哩_bilibili
ThreadLocal是什么？怎么用？为什么用它？有什么缺点？ - 知乎 (zhihu.com)