彻底搞懂

彻底搞懂

一. 设计原理

可以通俗的理解，方法里有方法的局部变量、类里有类的局部变量，而线程也可以有线程的局部变量，他就是ThreadLocal。每个线程访问ThreadLocal变量时，都是访问自己内部的变量副本，线程之间无法互相访问

ThreadLocal的设计思路其实是应用了线程封闭的思想，来解决线程间的对象安全问题，将对象封闭在线程内部，也就不存在并发，对象就是安全的。

由此我们可以想到，为了实现这个目的，每个线程内部，应该持有一个属于自己的Entry，我们可以对它进行set get操作。实际上的设计也确实如此，但我们不可能只设计一个Entry，那他的作用就太小了，而是应该设计一个Map，我们可以在这个Map中随意的放置Entry。

好，存储方法设计完成后，我们还需要一个特殊的声明方法，让每个线程在操作时能够知道，我们声明的变量，要求每个线程放在它自己的Map中，考虑到这种类型的变量，是“线程本地”的，所以就叫它ThreadLocal。使用时，我们通过施加泛型，如ThreadLocal来标识真实的数据类型。有了它以后，我们的Entry中的key就不需要单独定义了，只需要将ThreadLocal对象作为Entry的key就可以了。

每个线程使用这个ThreadLocal变量时，应当首先看自己有没有创建Map对象，如果没创建，就创建一个，如果已经创建了，就直接把ThreadLocal对象作为key，放置在自己的私有Map中即可。就像下边这样：

    public static void main(String[] args) {ThreadLocal<String> name = new ThreadLocal<>();new Thread(() -> {name.set(Thread.currentThread().getName());System.out.println(name.get());}).start();System.out.println(name.get());}

非常完美，下边我们从内存模型角度画个图，梳理一下上边的设计：

1.每个线程Thread内部持有一个ThreadLocalMap，其中有一个Entry数组，里边存储着所有的线程私有Entry。
2.每个Entry中，key是ThreadLocal对象的引用，value则是对真实对象值的引用。
这样，我们就达成了目的：每个线程对ThreadLocal变量操作时，实际上都是操作的自己内部的变量副本，线程将对象封闭在自己内部，实现对象安全。

二. 问题分析

上边这个设计看起来很完美，但我们需要再仔细思考一下，我们上边只考虑了set、get对象的场景，可当我们不需要再使用这个ThreadLocal对象时，会怎样呢？

我们肯定首先希望jvm回收掉ThreadLocal对象，假设我们操作ThreadLocal的引用 = null，希望通过不可达使ThreadLocal对象被回收，但事实会这样吗？不会，因为ThreadLocal还在被Entry的key引用，因此，官方在设计Entry的key与ThreadLocal对象的引用关系时，设计成了弱引用，使得ThreadLocal对象很容易被回收。回收掉ThreadLocal对象以后，其对应在Entry中的key自然也会变成null。那这个Entry会被回收吗？

答案也是否定的，因为Entry对象还被ThreadLocalMap引用，ThreadLocalMap又被Thread引用。这意味着，只要线程不关闭，这些已经分配的value就不会被回收，并且也永远访问不到，有相关基础的同学这时应该已经意识到，这就是内存泄漏。

官方设计ThreadLocal时，自然也考虑到了这一问题，所以他们在ThreadLocal中所有的操作，如set、get、remove时，都会去自动清理这些key为null的entry，以此缓解内存泄漏问题。当然这一切也依赖我们良好的使用习惯，那就是用完ThreadLocal对象后，记得要remove()掉.

注意: Entry中的key与ThreadLocal对象引用关系设计成弱引用，以及ThreadLocal各种操作自动清理key为null的Entry，都是官方为了缓解内存泄漏而做的补救，有些文章认为弱引用是导致内存泄漏的原因，这是不对的。

三. 应用场景

ThreadLocal设计的如此复杂，甚至有内存泄漏风险，那它是为了什么而设计的呢？我们在什么场景下可以使用它呢？
首先，ThreadLocal的使用场景非常明确，它适用于那些，需要在线程间隔离，但在同一线程内的多个方法或类间共享的变量。一般我们用它保存一些线程上下文信息，例如，请求ID，事务ID，session等等。Spring的声明式事务就是用它实现的。有些时候，不是必须使用ThreadLocal来解决这些问题，只是ThreadLocal实现来的更为优雅。
还有一个经典的场景是，微服务中traceId的传递，在线程内部，使用ThreadLocal，在线程间采用InheritableThreadLocal（下文会提到），在服务之间，则将traceId添加到http请求的header中，由被调用端做拦截。

四. 扩展

使用ThreadLocal，除了在单一线程内用于变量共享，还可以用于父子线程共享，这里就涉及到ThreadLocal的继承了，默认的ThreadLocal，是无法在父子线程间继承的，但InheritableThreadLocal可以，InheritableThreadLocal是ThreadLocal的子类，他重写了几个ThreadLocal的方法，配合Thread类实现了当一个线程被创建init时，会去检查父进程的InheritableThreadLocal，如果有值就会copy一个引用给自己，使其可以被继承。

但是使用InheritableThreadLocal也面临很多问题，例如由于该变量可以在父子线程共享，那子进程的修改就会对父进程造成影响，使得该变量不再安全。另一方面，在使用线程池时，由于是复用已有线程，没有init阶段，InheritableThreadLocal也无法被继承下来。使用场景比较窄，需要考虑的问题会比较多。

面对InheritableThreadLocal在池化下的各种不足，阿里开源了一个新的类，名为TransmittableThreadLocal，它继承并扩展了InheritableThreadLocal，补足了其在池化场景下的缺陷。其主要思路，是将任务提交到线程池前，把线程的TransmittableThreadLocal变量保存到需要执行的任务内，在执行时，再拿出来放置给执行任务的线程，以此实现池化场景下的继承。