ThreadLocal的作用主要是做数据隔离，填充的数据只属于当前线程，变量的数据对别的线程而言是相对隔离的，在多线程环境下，如何防止自己的变量被其它线程篡改。
在Spring实现事务隔离级别的源码中，Spring采用Threadlocal的方式，来保证单个线程中的数据库操作使用的是同一个数据库连接，同时，采用这种方式可以使业务层使用事务时不需要感知并管理connection对象，通过传播级别，巧妙地管理多个事务配置之间的切换，挂起和恢复。
Spring框架里面就是用的ThreadLocal来实现这种隔离，主要是在TransactionSynchronizationManager这个类里面，代码如下所示:
public abstract class TransactionSynchronizationManager {
private static final Log logger = LogFactory.getLog(TransactionSynchronizationManager.class);
private static final ThreadLocal> resources = new NamedThreadLocal("Transactional resources");
private static final ThreadLocal> synchronizations = new NamedThreadLocal("Transaction synchronizations");
private static final ThreadLocal currentTransactionName = new NamedThreadLocal("Current transaction name");
private static final ThreadLocal currentTransactionReadOnly = new NamedThreadLocal("Current transaction read-only status");
private static final ThreadLocal currentTransactionIsolationLevel = new NamedThreadLocal("Current transaction isolation level");
private static final ThreadLocal actualTransactionActive = new NamedThreadLocal("Actual transaction active");
public TransactionSynchronizationManager() {
}
public static Map getResourceMap() {
Map map = (Map)resources.get();
return map != null ? Collections.unmodifiableMap(map) : Collections.emptyMap();
}
public static boolean hasResource(Object key) {
Object actualKey = TransactionSynchronizationUtils.unwrapResourceIfNecessary(key);
Object value = doGetResource(actualKey);
return value != null;
}
@Nullable
public static Object getResource(Object key) {
Object actualKey = TransactionSynchronizationUtils.unwrapResourceIfNecessary(key);
Object value = doGetResource(actualKey);
if (value != null && logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Retrieved value [" + value + "] for key [" + actualKey + "] bound to thread [" + Thread.currentThread().getName() + "]");
}
return value;
}
@Nullable
private static Object doGetResource(Object actualKey) {
Map map = (Map)resources.get();
if (map == null) {
return null;
} else {
Object value = map.get(actualKey);
if (value instanceof ResourceHolder && ((ResourceHolder)value).isVoid()) {
map.remove(actualKey);
if (map.isEmpty()) {
resources.remove();
}
value = null;
}
return value;
}
}
public static void bindResource(Object key, Object value) throws IllegalStateException {
Object actualKey = TransactionSynchronizationUtils.unwrapResourceIfNecessary(key);
Assert.notNull(value, "Value must not be null");
Map map = (Map)resources.get();
if (map == null) {
map = new HashMap();
resources.set(map);
}
Object oldValue = ((Map)map).put(actualKey, value);
if (oldValue instanceof ResourceHolder && ((ResourceHolder)oldValue).isVoid()) {
oldValue = null;
}
if (oldValue != null) {
throw new IllegalStateException("Already value [" + oldValue + "] for key [" + actualKey + "] bound to thread [" + Thread.currentThread().getName() + "]");
} else {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Bound value [" + value + "] for key [" + actualKey + "] to thread [" + Thread.currentThread().getName() + "]");
}
}
}
public static Object unbindResource(Object key) throws IllegalStateException {
Object actualKey = TransactionSynchronizationUtils.unwrapResourceIfNecessary(key);
Object value = doUnbindResource(actualKey);
if (value == null) {
throw new IllegalStateException("No value for key [" + actualKey + "] bound to thread [" + Thread.currentThread().getName() + "]");
} else {
return value;
}
}
@Nullable
public static Object unbindResourceIfPossible(Object key) {
Object actualKey = TransactionSynchronizationUtils.unwrapResourceIfNecessary(key);
return doUnbindResource(actualKey);
}
@Nullable
private static Object doUnbindResource(Object actualKey) {
Map map = (Map)resources.get();
if (map == null) {
return null;
} else {
Object value = map.remove(actualKey);
if (map.isEmpty()) {
resources.remove();
}
if (value instanceof ResourceHolder && ((ResourceHolder)value).isVoid()) {
value = null;
}
if (value != null && logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Removed value [" + value + "] for key [" + actualKey + "] from thread [" + Thread.currentThread().getName() + "]");
}
return value;
}
}
public static boolean isSynchronizationActive() {
return synchronizations.get() != null;
}
public static void initSynchronization() throws IllegalStateException {
if (isSynchronizationActive()) {
throw new IllegalStateException("Cannot activate transaction synchronization - already active");
} else {
logger.trace("Initializing transaction synchronization");
synchronizations.set(new LinkedHashSet());
}
}
public static void registerSynchronization(TransactionSynchronization synchronization) throws IllegalStateException {
Assert.notNull(synchronization, "TransactionSynchronization must not be null");
Set synchs = (Set)synchronizations.get();
if (synchs == null) {
throw new IllegalStateException("Transaction synchronization is not active");
} else {
synchs.add(synchronization);
}
}
public static List getSynchronizations() throws IllegalStateException {
Set synchs = (Set)synchronizations.get();
if (synchs == null) {
throw new IllegalStateException("Transaction synchronization is not active");
} else if (synchs.isEmpty()) {
return Collections.emptyList();
} else {
List sortedSynchs = new ArrayList(synchs);
AnnotationAwareOrderComparator.sort(sortedSynchs);
return Collections.unmodifiableList(sortedSynchs);
}
}
public static void clearSynchronization() throws IllegalStateException {
if (!isSynchronizationActive()) {
throw new IllegalStateException("Cannot deactivate transaction synchronization - not active");
} else {
logger.trace("Clearing transaction synchronization");
synchronizations.remove();
}
}
public static void setCurrentTransactionName(@Nullable String name) {
currentTransactionName.set(name);
}
@Nullable
public static String getCurrentTransactionName() {
return (String)currentTransactionName.get();
}
public static void setCurrentTransactionReadOnly(boolean readOnly) {
currentTransactionReadOnly.set(readOnly ? Boolean.TRUE : null);
}
public static boolean isCurrentTransactionReadOnly() {
return currentTransactionReadOnly.get() != null;
}
public static void setCurrentTransactionIsolationLevel(@Nullable Integer isolationLevel) {
currentTransactionIsolationLevel.set(isolationLevel);
}
Spring的事务主要是ThreadLocal和AOP去做实现的，每个线程自己的链接是靠ThreadLocal保存的就好了。
之前上线后发现部分用户的日期居然不对了，排查下来是SimpleDataFormat的锅，当时我们使用SimpleDataFormat的parse()方法，内部有一个Calendar对象，调用SimpleDataFormat的parse()方法会先调用Calendar.clear（），然后调用Calendar.add()，如果一个线程先调用了add()然后另一个线程又调用了clear()，这时候parse()方法解析的时间就不对了。
其实要解决这个问题很简单，让每个线程都new 一个自己的 SimpleDataFormat就好了，但是1000个线程难道new1000个SimpleDataFormat？
所以当时我们使用了线程池加上ThreadLocal包装SimpleDataFormat，再调用initialValue让每个线程有一个SimpleDataFormat的副本，从而解决了线程安全的问题，也提高了性能。
线程经常遇到横跨若干方法调用，需要传递的对象，也就是上下文（Context），它是一种状态，经常就是用户身份、任务信息等，就会存在过渡传参的问题。
使用到类似责任链模式，给每个方法增加一个context参数非常麻烦，而且有些时候，如果调用链有无法修改源码的第三方库，对象参数就传不进去了，所以我使用到了ThreadLocal去做了一下改造，这样只需要在调用前在ThreadLocal中设置参数，其他地方get一下就好了。
Set方法
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
get方法
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
这里基本上可以找到ThreadLocal数据隔离的真相了，每个线程Thread都维护了自己的threadLocals变量，所以在每个线程创建ThreadLocal的时候，实际上数据是存在自己线程Thread的threadLocals变量里面的，别人没办法拿到，从而实现了隔离。如上所示的get().set()方法所示就是可以看出key就是当前线程.通过当前线程拿到 ThreadLocalMap
有个Map那他的数据结构其实是很像HashMap的，但是看源码可以发现，它并未实现Map接口，而且他的Entry是继承WeakReference（弱引用）的，也没有看到HashMap中的next，所以不存在链表了。
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference> {
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
private Entry[] table;
private int size = 0;
private int threshold;
/..省略../
}
如上所示ThreadLocalMap中是一个Entry的数组,如上图所示是ThreadLocal的内部结构,可以看到ThreadLocal是通过获取当前线程里面的一个ThreadLocal.ThreadLocalMap,而ThreadLocal.ThreadLocalMap中又是一个Entry[]的数组.每一个Entry是一个
用数组是因为，我们开发过程中一个线程可以有多个TreadLocal来存放不同类型的对象的，但是他们都将放到你当前线程的ThreadLocalMap里，所以肯定要数组来存。同一个线程内不同的ThreadLocal公用当前线程里面的ThreadLocalMap.所以不同的线程可能放在数组的不同位置上.
那么这里有一个问题它是如何解决hash冲突的.我们就只能来看线程的ThreadLocalMap的get和put方法了.
ThreadLocalMap#set()
private void set(ThreadLocal key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal k = e.get();
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
- 计算ThreadLocal的一个hash值
- 找到一个hash的位置,然后通过for循环也就是我们数据结构中的线性散列法.如果某个位置已经有当前这个ThreadLocal就修改值
- 如果当前位置为空,就初始化一个Entry放在i这个位置上
- 如果容量大于扩容值就扩容
ThreadLocalMap#get()
private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
while (e != null) {
ThreadLocal k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
expungeStaleEntry(i);
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
- 找到ThreadLocal数组中的指定位置的ThreadLocal
- 如果找到了指定的ThreadLocal就返回
- 找不到就数组下标+1继续对比,重复步奏2
ThreadLocalMap#rehash() 扩容
private void rehash() {
expungeStaleEntries();
if (size >= threshold - threshold / 4) //扩容因子是长读的2/3 当组长度大于长度的2/3-4的时候就扩容
resize();
}
private void resize() {
Entry[] oldTab = table;
int oldLen = oldTab.length;
int newLen = oldLen * 2; //扩容就在原数组长度上增加一倍 然后把旧表中的threadlocal重新做hash
Entry[] newTab = new Entry[newLen];
int count = 0;
for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
Entry e = oldTab[j];
if (e != null) {
ThreadLocal k = e.get();
if (k == null) {
e.value = null; // Help the GC
} else {
int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
while (newTab[h] != null)
h = nextIndex(h, newLen);
newTab[h] = e;
count++;
}
}
}
setThreshold(newLen);
size = count;
table = newTab;
}
只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期，在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
这就导致了一个问题，ThreadLocal在没有外部强引用时，发生GC时会被回收，如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行，那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收，发生内存泄露。就比如线程池里面的线程，线程都是复用的，那么之前的线程实例处理完之后，出于复用的目的线程依然存活，所以，ThreadLocal设定的value值被持有，导致内存泄露。
按照道理一个线程使用完，ThreadLocalMap是应该要被清空的，但是现在线程被复用了。在代码的最后使用remove就好了，我们只要记得在使用的最后用remove把值清空就好了。
ThreadLocallocalName = new ThreadLocal(); try { localName.set("111"); } finally { localName.remove(); }
总结
1 Threadlocal可以解决多线程下的并发问题,控制线程变量独享
2 线程通过ThreadLocalMap 统一管理当前线程下的多个ThreadLocal变量,并用数组存取
3 为了解决线程中的ThreadLocalMap的Hash冲突问题,这里使用用hash散列法来解决hash冲突
4 假设ThreadLocalMap的总长度是Len,那么当size()>len*2/3-len/4的时候就进行扩容,并且重新进行hash
