深入解析ThreadLocal和ThreadLocalMap

ThreadLocal概述
　　ThreadLocal是線程變量，ThreadLocal中填充的變量屬於當時線程，該變量對其他線程而言是阻隔的。ThreadLocal爲變量在每個線程中都創立了一個副本，那麼每個線程能夠拜訪自己內部的副本變量。
　　它具有3個特性：
　　線程併發：在多線程併發場景下運用。
　　傳遞數據：能夠經過ThreadLocal在同一線程，不同組件中傳遞公共變量。
　　線程阻隔：每個線程變量都是獨立的，不會相互影響。
　　在不運用ThreadLocal的情況下，變量不阻隔，得到的成果具有隨機性。
　　publicclassDemo{
　　privateStringvariable;publicStringgetVariable(){returnvariable;
　　}publicvoidsetVariable(Stringvariable){this.variable=variable;
　　}publicstaticvoidmain(String[]args){
　　Demodemo=newDemo();for(inti=0;i<5;i++){newThread(()->{
　　demo.setVariable(Thread.currentThread().getName());
　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+""+demo.getVariable());
　　}).start();
　　}
　　}
　　}
　　輸出成果：
　　ViewCode
　　在不運用ThreadLocal的情況下，變量阻隔，每個線程有自己專屬的本地變量variable，線程綁定了自己的variable，只對自己綁定的變量進行讀寫操作。
　　publicclassDemo{
　　privateThreadLocalvariable=newThreadLocal<>();publicStringgetVariable(){returnvariable.get();
　　}publicvoidsetVariable(Stringvariable){this.variable.set(variable);
　　}publicstaticvoidmain(String[]args){
　　Demodemo=newDemo();for(inti=0;i<5;i++){newThread(()->{
　　demo.setVariable(Thread.currentThread().getName());
　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+""+demo.getVariable());
　　}).start();
　　}
　　}
　　}
　　輸出成果：
　　ViewCode
　　synchronized和ThreadLocal的比較
　　上述需求，經過synchronized加鎖同樣也能完成。可是加鎖對功用和併發性有一定的影響，線程拜訪變量只能排隊等候順次操作。TreadLocal不加鎖，多個線程能夠併發對變量進行操作。
　　publicclassDemo{
　　privateStringvariable;publicStringgetVariable(){returnvariable;
　　}publicvoidsetVariable(Stringvariable){this.variable=variable;
　　}publicstaticvoidmain(String[]args){
　　Demodemo=newDemo1();for(inti=0;i<5;i++){newThread(()->{
　　synchronized(Demo.class){
　　demo.setVariable(Thread.currentThread().getName());
　　System.out.println(Thread.currentThread().getName()+""+demo.getVariable());
　　}
　　}).start();
　　}
　　}
　　}
　　ThreadLocal和synchronized都是用於處理多線程併發拜訪資源的問題。ThreadLocal是以空間換時間的思路，每個線程都擁有一份變量的複製，然後完成變量阻隔，互相不干擾。重視的重點是線程之間數據的相互阻隔關係。synchronized是以時間換空間的思路，只供給一個變量，線程只能經過排隊拜訪。重視的是線程之間拜訪資源的同步性。ThreadLocal能夠帶來更好的併發性，在多線程、高併發的環境中更爲合適一些。
　　ThreadLocal運用場景
　　轉賬業務的例子
　　JDBC關於業務原子性的控制能夠經過setAutoCommit(false)設置爲業務手動提交，成功後commit，失敗後rollback。在多線程的場景下，在service層敞開業務時用的connection和在dao層拜訪數據庫的connection應該要堅持一致，所以併發時，線程只能阻隔操作自已的connection。
　　處理計劃1：service層的connection目標作爲參數傳遞給dao層運用，業務操作放在同步代碼塊中。
　　存在問題：傳參提高了代碼的耦合程度，加鎖降低了程序的功用。
　　處理計劃2：當需求獲取connection目標的時分，經過ThreadLocal目標的get辦法直接獲取當時線程綁定的銜接目標運用，假如銜接目標是空的，則去銜接池獲取銜接，並經過ThreadLocal目標的set辦法綁定到當時線程。運用完之後調用ThreadLocal目標的remove辦法解綁銜接目標。
　　ThreadLocal的優勢：
　　能夠方便地傳遞數據：保存每個線程綁定的數據，需求的時分能夠直接獲取，防止了傳參帶來的耦合。
　　能夠堅持線程間阻隔：數據的阻隔在併發的情況下也能堅持一致性，防止了同步的功用損失。
　　ThreadLocal的原理
　　每個ThreadLocal保護一個ThreadLocalMap，Map的Key是ThreadLocal實例自身，value是要存儲的值。
　　每個線程內部都有一個ThreadLocalMap，Map裏邊寄存的是ThreadLocal目標和線程的變量副本。Thread內部的Map經過ThreadLocal目標來保護，向map獲取和設置變量副本的值。不同的線程，每次獲取變量值時，只能獲取自己目標的副本的值。完成了線程之間的數據阻隔。
　　JDK1.8的規劃比較於之前的規劃（經過ThreadMap保護了多個線程和線程變量的對應關係，key是Thread目標，value是線程變量）的優點在於，每個Map存儲的Entry數量變少了，線程越多鍵值對越多。現在的鍵值對的數量是由ThreadLocal的數量決議的，一般情況下ThreadLocal的數量少於線程的數量，並且並不是每個線程都需求創立ThreadLocal變量。當Thread毀掉時，ThreadLocal也會隨之毀掉，削減了內存的運用，之前的計劃中線程毀掉後，ThreadLocalMap依然存在。
　　ThreadLocal源碼解析
　　set辦法
　　首要獲取線程，然後獲取線程的Map。假如Map不爲空則將當時ThreadLocal的引證作爲key設置到Map中。假如Map爲空，則創立一個Map並設置初始值。
　　get辦法
　　首要獲取當時線程，然後獲取Map。假如Map不爲空，則Map依據ThreadLocal的引證來獲取Entry，假如Entry不爲空，則獲取到value值，回來。假如Map爲空或者Entry爲空，則初始化並獲取初始值value，然後用ThreadLocal引證和value作爲key和value創立一個新的Map。
　　remove辦法
　　刪除當時線程中保存的ThreadLocal對應的實體entry。
　　initialValue辦法
　　該辦法的第一次調用發作在當線程經過get辦法拜訪線程的ThreadLocal值時。除非線程先調用了set辦法，在這種情況下，initialValue纔不會被這個線程調用。每個線程最多調用順次這個辦法。
　　該辦法只回來一個null，假如想要線程變量有初始值需求經過子類承繼ThreadLocal的辦法去重寫此辦法，一般能夠經過匿名內部類的辦法完成。這個辦法是protected潤飾的，是爲了讓子類覆蓋而規劃的。
　　ThreadLocalMap源碼剖析
　　ThreadLocalMap是ThreadLocal的靜態內部類，沒有完成Map接口，獨立完成了Map的功用，內部的Entry也是獨立完成的。
　　與HashMap類似，初始容量默認是16，初始容量有必要是2的整數冪。經過Entry類的數據table寄存數據。size是寄存的數量，threshold是擴容閾值。
　　Entry承繼自WeakReference，key是弱引證，其意圖是將ThreadLocal目標的生命週期和線程生命週期解綁。
　　弱引證和內存走漏
　　內存溢出：沒有滿足的內存供申請者供給
　　內存走漏：程序中已動態分配的堆內存由於某種原因程序未開釋或無法開釋，形成體系內存的糟蹋，導致程序運轉速度減慢甚至體系潰散等驗證後溝。內存走漏的堆積會導致內存溢出。
　　弱引證：廢物收回器一旦發現了弱引證的目標，不論內存是否滿足，都會收回它的內存。
　　內存走漏的根源是ThreadLocalMap和Thread的生命週期是一樣長的。
　　假如在ThreadLocalMap的key運用強引證還是無法完全防止內存走漏，ThreadLocal運用完後，ThreadLocalReference被收回，可是Map的Entry強引證了ThreadLocal，ThreadLocal就無法被收回，由於強引證鏈的存在，Entry無法被收回，最後會內存走漏。
　　在實際情況中，ThreadLocalMap中運用的key爲ThreadLocal的弱引證，value是強引證。假如ThreadLocal沒有被外部強引證的話，在廢物收回的時分，key會被整理，value不會。這樣ThreadLocalMap就出現了爲null的Entry。假如不做任何措施，value永久不會被GC收回，就會產生內存走漏。
　　ThreadLocalMap中考慮到這個情況，在set、get、remove操作後，會整理掉key爲null的記錄（將value也置爲null）。運用完ThreadLocal後最後手動調用remove辦法（刪除Entry）。
　　也就是說，運用完ThreadLocal後，線程依然運轉，假如忘記調用remove辦法，弱引證比強引證能夠多一層確保，弱引證的ThreadLocal會被收回，對應的value會在下一次ThreadLocalMap調用get、set、remove辦法的時分被剷除，然後防止了內存走漏。
　　Hash牴觸的處理
　　ThreadLocalMap的構造辦法
　　構造函數創立一個長隊爲16的Entry數組，然後覈算firstKey的索引，存儲到table中，設置size和threshold。
　　firstKey.threadLocalHashCode&(INITIAL_CAPACITY-1)用來覈算索引，nextHashCode是Atomicinteger類型的，Atomicinteger類是供給原子操作的Integer類，經過線程安全的辦法來加減，適合高併發運用。
　　每次在當時值上加上一個HASH_INCREMENT值，這個值和斐波拉契數列有關，主要意圖是爲了讓哈希碼能夠均勻的分佈在2的n次方的數組裏，然後儘量的防止牴觸。
　　當size爲2的冪次的時分，hashCode&(size-1)相當於取模運算hashCode%size，位運算比取模更高效一些。爲了運用這種取模運算，一切size有必要是2的冪次。這樣一來，在確保索引不越界的情況下，削減牴觸的次數。
　　ThreadLocalMap的set辦法
　　ThreadLocalMao運用了線性勘探法來處理牴觸。線性勘探法勘探下一個地址，找到空的地址則刺進，若整個空間都沒有空餘地址，則產生溢出。例如：長度爲8的數組中，當時key的hash值是6，6的方位已經被佔用了，則hash值加一，尋覓7的方位，7的方位也被佔用了，回到0的方位。直到能夠刺進爲止，能夠將這個數組當作一個環形數組。