ThreadLocal原理探究

四大引用是什么，分别有什么特点：

1 强引用、软引用、弱引用、虚引用

强引用：发生gc的时候，只要对象还有引用，就不会被回收

软引用：发生gc的时候，内存够用就不会回收，内存不够时，就会回收。可以及时的避免oom。

Map<String,SoftReference<BitMap>> imageCache = new HashMap<String,SoftReference<BitMap>>();

弱引用：发生gc的时候，马上就会回收。

虚引用：虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅仅持有虚引用，那么它和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾收集器回收。它不能单独使用也不通过通过它访问对象。虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。

虚引用的目的是跟踪对象被垃圾回收的状态。仅仅是提供了确保对象被finalize之后做某些事情的机制。PhantomReference的get方法总是返回null.

四种引用垃圾回收的场景：

 

思考：

1 ThreadLocal中的ThreadLocalMap的数据结构与关系？

Thread中有一个成员变量ThreadLocalMap。ThreadLocal中有一个静态内部类ThreadLocalMap，ThreadLocalMap中有一个静态内部类Entry.  Entry是对ThreadLocal的弱引用。

2 Entry的key是弱引用，为什么？

每个Thread对象维护着ThreadLocalMap的引用，ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，用Entry进行存储。

调用ThreadLocal的set方法时，实际是往ThreadLocalMap设置值，key是ThreadLocal对象, value是传进来的对象。

调用ThreadLocal的get方法时, 实际是从ThreadLocalMap中获取值。

ThreadLocal本身并不存储值，它只是以自己作为key从线程的ThreadLocalMap获取value, 正因为如此，ThreadLocal实现了线程隔离，获取当前线程的局部变量值，不受其他线程影响。

 

ThreadLocal提供线程局部变量，每一个线程在访问ThreadLocal实例的时候（通过其get与set方法）都有自己的，独立的初始化变量副本。Threadlocal实例通常是类中的私有静态字段，使用它的目的是希望将状态与线程关联起来。

//ThreadLocal的方法

public void set(T value) {
       Thread t = Thread.currentThread();
       ThreadLocalMap map = getMap(t);
       if (map != null)
            map.set(this, value); // 使用this引用作为key，既做到了变量相关，又满足key不可变的要求。
       else
           createMap(t, value);
}

//ThreadLocalMap的方法

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
           // map中就是使用Entry[]保留所有的entry实例
           Entry[] tab = table;
           int len = tab.length;
             // 返回下一个哈希码
           int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
 
           for (Entry e = tab[i];
                e != null;
                e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
               ThreadLocal<?> k = e.get();
               //已经存在则替换旧值
               if (k == key) {
                    e.value = value;
                   return;
               }
               //在设置期间清理哈希表为空的内容，保持哈希表的性质
               if (k == null) {
                   replaceStaleEntry(key, value, i);
                   return;
               }
           }
           //不存在就新建一个entry
            tab[i] = new Entry(key, value);
           int sz = ++size;
           if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
               rehash();
 }

//ThreadLocal的方法

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();
}

//ThreadLocalMap的方法

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);
}
 
public void remove() {
   ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
     if (m != null) {
        m.remove(this);
     }
}
 

想要存入的ThreadLocal中的数据实际上并没有存到ThreadLocal对象中去，而是以这个ThreadLocal实例作为key存到了当前线程中的一个Map中去了。

 

ThreadLocal内存泄露问题？

虚拟机栈栈中的ThreadLocal Ref 与堆上的ThreadLocal是强引用的关系，当虚拟机栈中的ThreadLocal Ref 用完之后，准备被回收时，如果entry与堆上的ThreadLocal不是弱引用的话，那么堆上的ThreadLocal对象就不会被回收。而如果是弱引用，当发生Gc时，ThreadLocal用完之后，不存在强引用，而唯一存在一个弱引用，此时ThreadLocal对象就可以被回收了。虽然弱引用可以让堆上的ThreadLocal对象被回收，但是Entry对象还因为线程的存在，有引用可达。ThreadLocal被回收之后，entry里面的key是null, 此时这个entry成为了陈旧项，value对象在线程存在时，仍然会存在，故而仍然有线程泄露的风险。因此就需要某种机制，来对Entry里面的key为null的value进行释放。ThreadLocal采用了线性探测来清除陈旧项（replaceStaleEntry与getEntryAfterMiss方法都干了这个活），从而防止了内存泄漏。当然，我们也可以在用完ThreadLocal之后，手动调用remove方法，去除线程中ThreadLocalMap中的这个entry.

4 ThreadLocal中为什么要加remove方法？

主要是为了及时地将线程中TreadLocalMap中的以这个ThreadLocal为key的entry中的value对象删除。这样就可以避免因为线程长期存在，而ThreadLocal实例用完之后导致的内存泄露问题。

总结：

ThreadLocal并不解决线程间共享数据的问题，而是为每个线程提供了一个独立的变量副本。从而避免线程变量的线程安全问题。由于每个线程都有一个执属于自己的ThreadLocalMap,并维护了ThreadLocal与实例之间的映射关系，因此就不存在线程安全以及锁的问题。ThreadLocalMap的entry对ThreadLocal弱引用，避免了ThreadLocal无法被回收的问题。ThreadLocal自身的set、get、remove方法最终会调用expungeStaleEntry、cleanSomeSlots、replaceStaleEntry这三个方法回收键位null的entry对象的value值(实例)，以及entry对象本身，从而防止内存泄露。