ThreadLocal的實(shí)現(xiàn)原理是什么？

使用場(chǎng)景

假設(shè)我們有一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接管理類：

class ConnectionManager {
    private static Connection connect = null;
    private static String url = System.getProperty("URL");

    public static Connection openConnection() {
        if(connect == null){
            try {
                connect = DriverManager.getConnection(url);
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return connect;
    }

    public static void closeConnection() {
        if(connect!=null) {
            try {
                connect.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

如果這個(gè)類被用在多線程環(huán)境內(nèi)，則會(huì)存在線程安全問題，那么可以對(duì)這兩個(gè)方法添加synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行同步處理，不過這樣會(huì)大大降低程序的性能，也可以將connection變成局部變量：

class ConnectionManager {
    private Connection connect = null;

    public Connection openConnection(String url) {
        if(connect == null){
            try {
                connect = DriverManager.getConnection(url);
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return connect;
    }

    public void closeConnection() {
        if(connect!=null) {
            try {
                connect.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class ConnectionManagerTest {
    private String url = System.getProperty("URL");

    public void insert() {
        ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager();
        Connection connection = connectionManager.openConnection(this.url);
        //使用connection進(jìn)行操作
        connectionManager.closeConnection();
    }
    public void update() {
        ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager();
        Connection connection = connectionManager.openConnection(this.url);
        //使用connection進(jìn)行操作
        connectionManager.closeConnection();
    }
}

每個(gè)CURD方法都創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫連接會(huì)造成數(shù)據(jù)庫的很大壓力，這里可以有兩種解決方案：

1. 使用連接池管理連接，既不是每次都創(chuàng)建、銷毀連接，而是從一個(gè)連接池里借出可用的連接，用完將其歸還。

2. 可以看到，這里connection的建立最好是這樣的：每個(gè)線程希望有自己獨(dú)立的連接來避免同步問題，在線程內(nèi)部希望共用同一個(gè)連接來降低數(shù)據(jù)庫的壓力，那么使用ThreadLocal來管理數(shù)據(jù)庫連接就是最好的選擇了。它為每個(gè)線程維護(hù)了一個(gè)自己的連接，并且可以在線程內(nèi)共享。

class ConnectionManager {
    private static String url = System.getProperty("URL");
    private static ThreadLocalconnectionHolder = ThreadLocal.withInitial(() -> {
        try {
            return DriverManager.getConnection(url);
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    });

    public static Connection openConnection() {
        return connectionHolder.get();
    }

    public static void closeConnection() {
        Connection connect = connectionHolder.get();
        if(connect!=null) {
            try {
                connect.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

另外還可以用到其他需要每個(gè)線程管理一份自己的資源副本的地方:An Introduction to ThreadLocal in Java

實(shí)現(xiàn)原理

這里面涉及到三種對(duì)象的映射：Thread-ThreadLocal對(duì)象-ThreadLocal中存的具體內(nèi)容，既然是每個(gè)線程都會(huì)有一個(gè)資源副本，那么這個(gè)從ThreadLocal對(duì)象到存儲(chǔ)內(nèi)容的映射自然就會(huì)存在Thread對(duì)象里：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

而ThreadLocal類只是提供了訪問這個(gè)Map的接口：

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

這個(gè)ThreadLocalMap是ThreadLocal的內(nèi)部類，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)類似HashMap的功能，其內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)Entry數(shù)組，下標(biāo)就是通過ThreadLocal對(duì)象的threadLocalHashCode計(jì)算得來。這個(gè)Entry繼承自WeakReference，實(shí)現(xiàn)對(duì)key，也就是ThreadLocal的弱引用：

static class Entry extends WeakReference<threadlocal
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}
</threadlocal

內(nèi)存模型圖如下：

當(dāng)ThreadLocal Ref出棧后，由于ThreadLocalMap中Entry對(duì)ThreadLocal只是弱引用，所以ThreadLocal對(duì)象會(huì)被回收，Entry的key會(huì)變成null，然后在每次get/set/remove ThreadLocalMap中的值的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)清理key為null的value，這樣value也能被回收了。

注意：如果ThreadLocal Ref一直沒有出棧（例如上面的connectionHolder，通常我們需要保證ThreadLocal為單例且全局可訪問，所以設(shè)為static），具有跟Thread相同的生命周期，那么這里的虛引用便形同虛設(shè)了，所以使用完后記得調(diào)用ThreadLocal.remove將其對(duì)應(yīng)的value清除。

另外，由于ThreadLocalMap中只對(duì)ThreadLocal是弱引用，對(duì)value是強(qiáng)引用，如果ThreadLocal因?yàn)闆]有其他強(qiáng)引用而被回收，之后也沒有調(diào)用過get/set，那么就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄露，

在使用線程池時(shí)，線程會(huì)被復(fù)用，那么里面保存的ThreadLocalMap同樣也會(huì)被復(fù)用，會(huì)造成線程之間的資源沒有被隔離，所以在線程歸還回線程池時(shí)要記得調(diào)用remove方法。

hash沖突

上面提到ThreadLocalMap是自己實(shí)現(xiàn)的類似HashMap的功能，當(dāng)出現(xiàn)Hash沖突（通過兩個(gè)key對(duì)象的hash值計(jì)算得到同一個(gè)數(shù)組下標(biāo)）時(shí)，它沒有采用鏈表模式，而是采用的線性探測(cè)的方法，既當(dāng)發(fā)生沖突后，就線性查找數(shù)組中空閑的位置。

當(dāng)數(shù)組較大時(shí)，這個(gè)性能會(huì)很差，所以建議盡量控制ThreadLocal的數(shù)量。