Java多线程-ThreadLocal
1. ThreadLocal是什么
ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。主要是做数据隔离，填充的数据只属于当前线程，变量的数据对别的线程而言是相对隔离的，在多线程环境下，可以防止自己的变量被其它线程篡改。
2. ThreadLocal的核心机制
- 每个Thread线程内部都有一个ThreadLocalMap。但是他没有实现Map接口。是用Entry类型的数组来实现的，没有hashmap中的链表结构。
-
ThreadLocalMap里面存储
ThreadLocal（key）和线程的变量副本（value）
每个Thread的对象都有一个ThreadLocalMap，当创建一个ThreadLocal的时候，就会将该ThreadLocal对象添加到该Map中，其中键就是ThreadLocal对象的引用，值可以是任意类型。即由ThreadLocal负责向ThreadLocalMap获取和设置线程的变量值。
在ThreadLocal类中，我觉得最重要的方法就是两个：set()和get()方法。当调用ThreadLocal的get()方法的时候，会先找到当前线程的ThreadLocalMap，然后再找到对应的值。set()方法也是一样。所以对于不同的线程，每次获取副本值时，只能在当前线程的ThreadLocalMap中去找，别的线程并不能获取到当前线程的副本值，这样就形成了副本的隔离，互不干扰。
3. ThreadLocal的使用
（1）基本使用
其实使用真的很简单，线程进来之后初始化一个可以泛型的ThreadLocal对象，之后这个线程只要在remove之前去get，都能拿到之前set的值，注意这里我说的是remove之前。
（2）set()方法：
步骤：
1.获取当前线程的成员变量map
2.map非空，则重新将ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
3.map空，则对线程的成员变量ThreadLocalMap进行初始化创建，并将ThreadLocal和value副本放入map中。
大家可以发现set的源码很简单，主要就是ThreadLocalMap我们需要关注一下，而ThreadLocalMap呢是当前线程Thread一个叫threadLocals的变量中获取的。
这里我们基本上可以找到ThreadLocal数据隔离的真相了，每个线程Thread都维护了自己的threadLocals变量，所以在每个线程创建ThreadLocal的时候，实际上数据是存在自己线程Thread的threadLocals变量里面的，别人没办法拿到，从而实现了隔离。
（3）get()方法：
public T get()
1.获取当前线程的ThreadLocalMap类型threadLocals变量
2.从map中获取线程存储的K-V Entry节点。
3.从Entry节点获取存储的Value副本值返回。
4.map为空的话返回初始值null，即线程变量副本为null，在使用时需要注意判断NullPointerException。
4. ThreadMap结构
他的数据结构很像HashMap，但是看源码可以发现，它并未实现Map接口，ThreadLoalMap的Entry是继承WeakReference的（弱引用，生命周期只能存活到下次GC前），只有Key是弱引用类型的，Value并非弱引用。和HashMap很大的区别是，Entry中没有next字段，所以就不存在链表的情况了。。（可以简单理解为一个Entry类型的数组，但是需要通过hash来定位，所以叫map）。每个Thread的对象都有一个ThreadLocalMap，当创建一个ThreadLocal的时候，就会将该ThreadLocal对象添加到该Map中，其中键就是ThreadLocal对象的引用，值可以是任意类型。即由ThreadLocal负责向ThreadLocalMap获取和设置线程的变量值。
5. Hash冲突怎么解决
在插入过程中，根据ThreadLocal对象的hash值，定位到table中的位置i，过程如下：
-
如果当前位置是空的，那么正好，就初始化一个Entry对象放在位置i上；
-
不巧，位置i已经有Entry对象了，
如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key，那么重新设置Entry中的value； -
很不巧，位置i的Entry对象，和即将设置的key没关系，那么只能找下一个空位置。
ThreadLocalMap中解决Hash冲突的方式并非链表的方式，而是采用线性探测的方式。所谓线性探测，就是根据初始key的hashcode值确定元素在table数组中的位置，如果发现这个位置上已经有其他key值的元素被占用，则利用固定的算法，寻找一定步长的下个位置，依次判断，直至找到能够存放的位置。这样的话，
在get的时候，也会根据ThreadLocal对象的hash值，定位到table中的位置，然后判断该位置Entry对象中的key是否和get的key一致，如果不一致，就判断下一个位置。ThreadLocalMap
解决Hash冲突的方式就是简单的步长加1或减1，寻找下一个相邻的位置。
显然ThreadLocalMap采用线性探测的方式解决Hash冲突的效率很低，如果有大量不同的ThreadLocal对象放入map中时发送冲突，或者发生二次冲突，则效率很低。
所以这里引出的良好建议是：每个线程只存一个变量，这样的话所有的线程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal，如果一个线程要保存多个变量，就需要创建多个ThreadLocal，多个ThreadLocal放入Map中时会极大的增加Hash冲突的可能。
6. ThreadLocalMap的问题：内存泄漏
由于ThreadLocalMap的key是弱引用，而Value是强引用。这就导致了一个问题，ThreadLocal在没有外部对象强引用时，发生GC时弱引用Key会被回收，而Value不会回收，如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行，那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收，发生内存泄露。
如何避免泄漏
在调用ThreadLocal的get()、set()可能会清除ThreadLocalMap中key为null的Entry对象，这样对应的value就没有GC Roots可达了，下次GC的时候就可以被回收，当然如果调用remove方法，肯定会删除对应的Entry对象。
既然Key是弱引用，那么我们要做的事，就是在调用ThreadLocal的get()、set()方法时完成后再调用remove方法，将Entry节点和Map的引用关系移除，这样整个Entry对象在GC Roots分析后就变成不可达了，下次GC的时候就可以被回收。如果使用ThreadLocal的set方法之后，没有显示的调用remove方法，就有可能发生内存泄露，所以养成良好的编程习惯十分重要，使用完ThreadLocal之后，记得调用remove方法。
7. 使用场景
很多场景的cookie，session等数据隔离都是通过ThreadLocal去做实现的。因为每个线程访问数据库都应当是一个独立的Session会话，如果多个线程共享同一个Session会话，有可能其他线程关闭连接了，当前线程再执行提交时就会出现会话已关闭的异常，导致系统异常。此方式能避免线程争抢Session，提高并发下的安全性。
8.ThreadLocal与线程同步机制的比较
线程同步机制通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程去访问变量，该变量是多个线程共享的。ThreadLocal则为每一个线程提供了一个变量副本，从而隔离了多个线程访问数据的冲突，ThreadLocal提供了线程安全的对象封装，在编写多线程代码时，可以把不安全的代码封装进ThreadLocal。概括的说，对于多线程资源共享的问题，线程同步机制采取了时间换空间的方式，访问串行化，对象共享化；而ThreadLocal采取了空间换时间的方式，访问并行化，对象独享化。
9. 总结
每个ThreadLocal只能保存一个变量副本，如果想要上线一个线程能够保存多个副本以上，就需要创建多个ThreadLocal。- ThreadLocal内部的ThreadLocalMap键为弱引用，
会有内存泄漏的风险。 适用于无状态，副本变量独立后不影响业务逻辑的高并发场景。如果如果业务逻辑强依赖于副本变量，则不适合用ThreadLocal解决，需要另寻解决方案。
参考：
https://www.cnblogs.com/aobing/p/13382184.html
https://blog.csdn.net/csdnlijingran/article/details/88261200
