好久不见，不知道大家新年过得怎么样？有没有痛痛快快得放松？是不是还能收到很多压岁钱？好了，话不多说，我们开始今天的主题：ThreadLocal。
我收集了4个面试中出现频率较高的关于ThreadLocal的问题：
什么是ThreadLocal？什么场景下使用ThreadLocal？
ThreadLocal的底层是如何实现的？
ThreadLocal在什么情况下会出现内存泄漏？
使用ThreadLocal要注意哪些内容？
我们先从一个“谣言”开始，通过分析ThreadLocal的源码，尝试纠正“谣言”带来的误解，并解答上面的问题。
流传已久的“谣言”
很多文章都在说“ThreadLocal通过拷贝共享变量的方式解决并发安全问题”，例如：
这种说法并不准确，很容易让人误解为ThreadLocal会拷贝共享变量。来看个例子：
private static final DateFormat DATE_FORMAT = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(DATE_FORMAT.parse("2023-01-29"));
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}}
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我们知道，多线程并发访问同一个DateFormat实例对象会产生严重的并发安全问题，那么加入ThreadLocal是不是能解决并发安全问题呢？修改下代码：
/**
- 第一种写法
*/
private static final ThreadLocal DATE_FORMAT_THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<>() {
@Override
protected DateFormat initialValue() {
return DATE_FORMAT;
}};
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(DATE_FORMAT_THREAD_LOCAL.get().parse("2023-01-29"));
} catch (ParseException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}}
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估计会有很多小伙伴会说：“你这么写不对！《阿里巴巴Java开发手册》中不是这么用的！”。把书中的用法搬过来：
/**
- 第二种写法
*/
private static final ThreadLocal DATE_FORMAT_THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<>() {
@Override
protected DateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
}};
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Tips：代码小改了一下~~
我们来看两种写法的差别：
第一种写法，ThreadLocal#initialValue时使用共享变量DATE_FORMAT；
第二种写法，ThreadLocal#initialValue时创建SimpleDateFormat对象。
按照“谣言”的描述，第一种写法会拷贝DATE_FORMAT的副本提供给不同的线程使用，但从结果上来看ThreadLocal并没有这么做。
有的小伙伴可能会怀疑是因为DATE_FORMAT_THREAD_LOCAL线程共享导致的，但别忘了第二种写法也是线程共享的。
到这里我们应该能够猜到，第二种写法中每个线程会访问不同的SimpleDateFormat实例对象，接下来我们通过源码一探究竟。
ThreadLocal的实现
除了使用ThreadLocal#initialValue外，还可以通过ThreadLocal#set添加变量后再使用：
ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<>();
threadLocal.set(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"));
System.out.println(threadLocal.get().parse("2023-01-29"));
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Tips：这么写仅仅是为了展示用法~~
使用ThreadLocal非常简单，3步就可以完成：
创建对象
添加变量
取出变量
无参构造器没什么好说的（空实现），我们从ThreadLocal#set开始。
ThreadLocal#set的实现
ThreadLocal#set的源码：
public void set(T value) {,
Thread t = Thread.currentThread();
// 获取当前线程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
// 添加变量
map.set(this, value);
} else {
// 初始化ThreadLocalMap
createMap(t, value);
}}
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ThreadLocal#set的源码非常简单，但却透露出了不少重要的信息：
变量存储在ThreadLocalMap中，且与当前线程有关；
ThreadLocalMap应该类似于Map的实现。
接着来看源码：
public class ThreadLocal {
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}}
public class Thread implements Runnable {
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;}
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很清晰的展示出ThreadLocalMap与Thread的关系：ThreadLocalMap是Thread的成员变量，每个Thread实例对象都拥有自己的ThreadLocalMap。
另外，还记得在关于线程你必须知道的8个问题（上）提到Thread实例对象与执行线程的关系吗？
如果从Java的层面来看，可以认为创建Thread类的实例对象就完成了线程的创建，而调用Thread.start0可以认为是操作系统层面的线程创建和启动。
可以近似的看作是：Thread实例对象≈执行线程Thread实例对象\approx执行线程Thread实例对象≈执行线程。也就是说，属于Thread实例对象的ThreadLocalMap也属于每个执行线程。
基于以上内容，我们好像得到了一个特殊的变量作用域：属于线程。
Tips：
实际上属于线程也即是属于Thread实例对象，因为Thread是线程在Java中的抽象；
ThreadLocalMap属于线程，但不代表存储到ThreadLocalMap的变量属于线程。
ThreadLocalMap的实现
ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，代码也不复杂：
public class ThreadLocal {
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
private Entry[] table;
private int size = 0;
private int threshold;
private void setThreshold(int len) {
threshold = len * 2 / 3;
}
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);
}
}}
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仅从结构和构造方法中已经能够窥探到ThreadLocalMap的特点：
ThreadLocalMap底层存储结构是Entry数组；
通过ThreadLocal的哈希值取模定位数组下标；
构造方法添加变量时，存储的是原始变量。
很明显，ThreadLocalMap是哈希表的一种实现，ThreadLocal作为Key，我们可以将ThreadLocalMap看做是“简版”的HashMap。
Tips：
本文不讨论哈希表实现中处理哈希冲突，数组扩容等问题的方式；
也不需要关注ThreadLocalMap#set和ThreadLocalMap#getgetEntry的实现;
与构造方法一样，ThreadLocalMap#set中存储的是原始变量。
到目前为止，无论是ThreadLocalMap#set还是ThreadLocalMap的构造方法，都是存储原始变量，没有任何拷贝副本的操作。也就是说，想要通过ThreadLocal实现变量在线程间的隔离，就需要手动为每个线程创建自己的变量。
ThreadLocal#get的实现
ThreadLocal#get的源码也非常简单：
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();}
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前面的部分很容易理解，我们看map == null时调用的ThreadLocal#setInitialValue方法：
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);
}
if (this instanceof TerminatingThreadLocal) {
TerminatingThreadLocal.register((TerminatingThreadLocal<?>) this);
}
return value;}
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ThreadLocal#setInitialValue方法几乎和ThreadLocal#set一样，但变量是通过ThreadLocal#initialValue获得的。如果是通过ThreadLocal#initialValue添加变量，在第一次调用ThreadLocal#get时将变量存储到ThreadLocalMap中。
ThreadLocal的原理
好了，到这里我们已经可以构建出对ThreadLocal比较完整的认知了。我们先来看ThreadLocal，ThreadLocalMap和Thread三者之间的关系：
可以看到，ThreadLocal是作为ThreadLocalMap中的Key的，而ThreadLocalMap又是Thread中的成员变量，属于每一个Thread实例对象。忘记ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类这层关系，整体结构就会非常清晰。
创建ThreadLocal对象并存储数据时，会为每个Thread对象创建ThreadLocalMap对象并存储数据，ThreadLocal对象作为Key。在每个Thread对象的生命周期内，都可以通过ThreadLocal对象访问到存储的数据。
