深入理解ThreadLocal
ThreadLocal是什么呢？其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本，它并不是一个Thread，而是threadlocalvariable(线程局部变量)。线程局部变量(ThreadLocal)的功用非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，是Java中一种较为特殊的线程绑定机制，是每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其它线程的副本冲突。
从线程的角度看，每个线程都保持一个对其线程局部变量副本的隐式引用，只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的；在线程消失之后，其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收（除非存在对这些副本的其他引用）。
通过ThreadLocal存取的数据，总是与当前线程相关，也就是说，JVM 为每个运行的线程，绑定了私有的本地实例存取空间，从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种隔离机制。
ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单，在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。
概括起来说，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。
ThreadLocal 实现原理
ThreadLocal
ThreadLocal的实现是这样的：每个Thread 维护一个 ThreadLocalMap 映射表，这个映射表的 key 是 ThreadLocal实例本身，value 是真正需要存储的 Object。
也就是说 ThreadLocal 本身并不存储值，它只是作为一个 key 来让线程从 ThreadLocalMap 获取 value。
值得注意的是图中的虚线，表示 ThreadLocalMap 是使用 ThreadLocal 的弱引用作为 Key 的，弱引用的对象在 GC 时会被回收。
API说明
ThreadLocal()
创建一个线程本地变量。
T get()
返回此线程局部变量的当前线程副本中的值，如果这是线程第一次调用该方法，则创建并初始化此副本。
protected T initialValue()
返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次，即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(T) 方法，则不会在线程中再调用 initialValue 方法。
若该实现只返回 null；如果程序员希望将线程局部变量初始化为 null 以外的某个值，则必须为 ThreadLocal 创建子类，并重写此方法。通常，将使用匿名内部类。initialValue 的典型实现将调用一个适当的构造方法，并返回新构造的对象。
void remove()
移除此线程局部变量的值。这可能有助于减少线程局部变量的存储需求。如果再次访问此线程局部变量，那么在默认情况下它将拥有其 initialValue。
void set(T value)
将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。许多应用程序不需要这项功能，它们只依赖于 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。
在程序中一般都重写initialValue方法，以给定一个特定的初始值。
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。
应用实例：
1.
package com.liuhui.thread;
public class ThreadLocalDemo {
private static ThreadLocalt=new ThreadLocal();
public static int test(){
Integer num=t.get();
if(num==null){
num=10;
t.set(num);
}
return num;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(test());
}
} 2.
package com.liuhui.thread;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public class TestConn {
private static ThreadLocalt=new ThreadLocal();
public static Connection test() throws SQLException {
Connection conn=t.get();
if(conn==null){
conn=DriverManager.getConnection("","","");
t.set(conn);
}
return conn;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println(test());
}
}
3.
package com.func.axc.threadlocal;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadLocalTest {
//创建一个Integer型的线程本地变量
static final ThreadLocal local = new ThreadLocal() {
@Override
protected Integer initialValue() {
return 0;
}
};
static class Task implements Runnable{
private int num;
public Task(int num) {
this.num = num;
}
@Override
public void run() {
//获取当前线程的本地变量，然后累加10次
Integer i = local.get();
while(++i<10);
System.out.println("Task " + num + "local num resutl is " + i);
}
}
static void Test1(){
System.out.println("main thread begin");
ExecutorService executors = Executors.newCachedThreadPool();
for(int i =1;i<=5;i++) {
executors.execute(new Task(i));
}
executors.shutdown();
System.out.println("main thread end");
}
public static void main(String[] args){
Test1();
}
} 输出结果：
可以看到各个线程之间的变量是独门的，不会相影响。
通过上面的一个实例，简单的了解了ThreadLocal的用法，下面再来看下其源码实现，首先看一下ThreadLocal的图解：
图解ThreadLocal
每个线程可能有多个ThreadLocal，同一线程的各个ThreadLocal存放于同一个ThreadLocalMap中。
图解ThreadLocal(JDK8).vsdx原图下载地址：https://github.com/zxiaofan/JDK-Study/tree/master/src/java1/lang/threadLocal
ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。
下面分析其源码
首先是其包含的方法：
它的构造函数不做什么：
public ThreadLocal() {
}
其实主要的也就下面几个方法：
public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { } 下面正式分析源码
分析源码前，先看一下Thread类中有一行：
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;其中ThreadLocalMap类的定义是在ThreadLocal类中，真正的引用却是在Thread类中。同时，ThreadLocalMap中用于存储数据的entry定义：
static class Entry extends WeakReference> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
} 从中我们可以发现这个Map的key是ThreadLocal类的实例对象，value为用户的值，并不是网上大多数的例子key是线程的名字或者标识。
（1）get
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();
}
这个上方法就是用来取得变量的副本的，注意到它先取得了当前线程对象，接下来使用了getMap返回一个ThreadLocalMap
读取实例时，线程首先通过getMap(t)方法获取自身的 ThreadLocalMap。从如下该方法的定义可见，该 ThreadLocalMap 的实例是 Thread 类的一个字段，即由 Thread 维护 ThreadLocal 对象与具体实例的映射
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);
获取到 ThreadLocalMap 后，通过map.getEntry(this)方法获取该 ThreadLocal 在当前线程的 ThreadLocalMap 中对应的 Entry。该方法中的 this 即当前访问的 ThreadLocal 对象。
如果获取到的 Entry 不为 null，从 Entry 中取出值即为所需访问的本线程对应的实例。如果获取到的 Entry 为 null，则通过setInitialValue()方法设置该 ThreadLocal 变量在该线程中对应的具体实例的初始值。
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
} 然后可以知道ThreadLocalMap这个竟然是从线程中取到的，好，再打开线程类看看
发现Thread类中有这样一个变量：
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 也变是说每一个线程都有自己一个ThreadLocalMap。
在我们第一次调用get()函数 时，getMap函数返回的是一个null的map.接着就调用setInitialValue()
看看setInitialValue，它才是真正去初始化map的地方！
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
其中initialValue这个方法就是我们要重写的，一般我们在这里通过一个new 方法返回一个新的变量实例
protected T initialValue() {
return null;
}
因为是第一次调用get()，所以getMap后的map还是为null。这时就调用到createMap
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
} 终于创建ThreadLocalMap！
ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
这里就将Thread和我们的ThreadLocal通过一个map关联起来。意思是每个Thread中都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap。其中Key为ThreadLocal这个实例，value为每次initialValue（）得到的变量！
接下来如果我们第二次调用get()函数，这里就会进入if方法中去！
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();
} 进入If方法中后。就会根据当前的thradLocal实例为Key，取得thread中对应map的vale.其中getEntry方法只是取得我们的key-value对。注意，这时的table其实就是在ThreadLocal实例中都会记录着每个和它关联的Thread类中的ThreadLocalMap变量
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);
} 是取得我们的key-value对之后就可取value了，然后就是返回result.如果这时取不到entry，那么又会调用到setInitalValue()方法，过程又和上面的一样了。这里就不说了！
（2）set
这个方法就是重新设置每一个线程的本地ThreadLocal变量的值
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
} 这里取得当前线程，然后根据当前的thradLocal实例取得其map。然后重新设置 map.set(this, value);这时这个线程的thradLocal里的变量副本就被重新设置值了！
（3）remove
就是清空ThreadLocalMap里的value，这样一来。下次再调用get时又会调用 到initialValue这个方法返回设置的初始值
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
到这里，我们就可以理解ThreadLocal究竟是如何工作的了
- Thread类中有一个成员变量属于ThreadLocalMap类(一个定义在ThreadLocal类中的内部类)，它是一个Map，他的key是ThreadLocal实例对象。
- 当为ThreadLocal类的对象set值时，首先获得当前线程的ThreadLocalMap类属性，然后以ThreadLocal类的对象为key，设定value。get值时则类似。
- ThreadLocal变量的活动范围为某线程，是该线程“专有的，独自霸占”的，对该变量的所有操作均由该线程完成！也就是说，ThreadLocal 不是用来解决共享对象的多线程访问的竞争问题的，因为ThreadLocal.set() 到线程中的对象是该线程自己使用的对象，其他线程是不需要访问的，也访问不到的。当线程终止后，这些值会作为垃圾回收。
- 由ThreadLocal的工作原理决定了：每个线程独自拥有一个变量，并非是共享的
总结：
1、每个线程都有自己的局部变量
每个线程都有一个独立于其他线程的上下文来保存这个变量，一个线程的本地变量对其他线程是不可见的（有前提，后面解释）
2、独立于变量的初始化副本
ThreadLocal可以给一个初始值，而每个线程都会获得这个初始化值的一个副本，这样才能保证不同的线程都有一份拷贝。
3、状态与某一个线程相关联
ThreadLocal 不是用于解决共享变量的问题的，不是为了协调线程同步而存在，而是为了方便每个线程处理自己的状态而引入的一个机制，理解这点对正确使用ThreadLocal至关重要。
ThreadLocal为什么会内存泄漏
ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key，如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它，那么系统 GC 的时候，这个ThreadLocal势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永远无法回收，造成内存泄漏。
其实，ThreadLocalMap的设计中已经考虑到这种情况，也加上了一些防护措施：在ThreadLocal的get(),set(),remove()的时候都会清除线程ThreadLocalMap里所有key为null的value。
但是这些被动的预防措施并不能保证不会内存泄漏：
- 使用
static的ThreadLocal，延长了ThreadLocal的生命周期，可能导致的内存泄漏（参考ThreadLocal 内存泄露的实例分析）。 - 分配使用了
ThreadLocal又不再调用get(),set(),remove()方法，那么就会导致内存泄漏。
为什么使用弱引用
从表面上看内存泄漏的根源在于使用了弱引用。网上的文章大多着重分析ThreadLocal使用了弱引用会导致内存泄漏，但是另一个问题也同样值得思考：为什么使用弱引用而不是强引用？
我们先来看看官方文档的说法：
To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.
为了应对非常大和长时间的用途，哈希表使用弱引用的 key。
下面我们分两种情况讨论：
- key 使用强引用：引用的
ThreadLocal的对象被回收了，但是ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的强引用，如果没有手动删除，ThreadLocal不会被回收，导致Entry内存泄漏。 - key 使用弱引用：引用的
ThreadLocal的对象被回收了，由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使没有手动删除，ThreadLocal也会被回收。value在下一次ThreadLocalMap调用set,get，remove的时候会被清除。
比较两种情况，我们可以发现：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果都没有手动删除对应key，都会导致内存泄漏，但是使用弱引用可以多一层保障：弱引用ThreadLocal不会内存泄漏，对应的value在下一次ThreadLocalMap调用set,get,remove的时候会被清除。
因此，ThreadLocal内存泄漏的根源是：由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长，如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏，而不是因为弱引用。
ThreadLocal 最佳实践
综合上面的分析，我们可以理解ThreadLocal内存泄漏的前因后果，那么怎么避免内存泄漏呢？
- 每次使用完
ThreadLocal，都调用它的remove()方法，清除数据。
在使用线程池的情况下，没有及时清理ThreadLocal，不仅是内存泄漏的问题，更严重的是可能导致业务逻辑出现问题。所以，使用ThreadLocal就跟加锁完要解锁一样，用完就清理。
ThreadLocal 使用场景：
最常见的ThreadLocal使用场景为 用来解决 数据库连接、Session管理等。
如：
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下面这段代码摘自：
http://www.iteye.com/topic/103804
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参考：http://blog.csdn.net/evankaka/article/details/51705661