45张图搞定！ThreadLocal的最牛辨析！
与Synchonized的比较，它的作用是什么
ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。可是ThreadLocal与Synchronized有着本质的区别。Synchronized是利用锁的机制，使变量或代码代码块在某一个时刻仅仅能被一个线程访问。
从名字我们就可以看到ThreadLocal叫做线程变量，意思是ThreadLocal中填充的变量属于当前线程，该变量对其他线程而言是隔离的。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。
从字面意思非常容易理解，但是从实际使用的角度来看就没那么容易了。作为一个面试常问的点，使用场景那也是相当的丰富。
- 在进行对象跨层次传递的时候，使用ThreadLocal可以避免多次传递，打破层次间的束缚。
- 线程间层次隔离。
- 进行事务操作，用于存储线程事务信息。
- 数据库连接，Session会话管理。
现在应该对ThreadLocal已经有一个大概的认识了。下面看看具体如何使用。
ThreadLocal怎么使用
既然ThreadLocal的作用是每一个线程创建一个副本，那我们使用一个例子来验证一下：
从结果可知，每一个线程都有各自的local值。也就是说，threadLocal的值是线程与线程分离的。具体原理可以画出以下不同线程中ThreadLocalMap是如何存储数据的。
如果是第一次学习ThreadLocal的朋友可能看懵了，ThreadLocal我都没看懂，你跟我说ThreadLocalMap？别急，我们接着往下看。
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ThreadLocal的使用场景—数据库连接
我们知道，数据库连接池最为我们诟病的就是连接的创建与关闭。这其中要耗费大量的资源与时间。我们的ThreadLocal也可以帮我们解决这个问题。
这是一个数据库连接的管理类。我们在使用数据库的时候首先就是建立数据库连接。然后用完了之后就关闭。这样做有一个很严重的问题，如果有1个用户频繁使用数据库，那么就需要建立多次连接和关闭。这样我们服务器可能吃不消，那么怎么办呢？如果一万个客户端，那么服务器压力更大。
这时最好使用ThreadLocal。因为ThreadLocal在每个线程中会创建一个副本。并且在线程内部任何地方可以使用。线程之间互不影响。这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能，避免了connection的频繁创建和销毁。（当然实际中我们有数据库连接池可以处理，但我们的目的都很明确，避免连接对象的频繁创建与销毁！）
以上主要讲解了一个基本的案例，然后还分析了为什么在数据库连接的时候会使用ThreadLocal。下面我们从源码的角度分析ThreadLocal的工作原理。
ThreadLocal源码分析
ThreadLocal类接口简介
ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，先来了解一下：
1. void set(Object value);//设置当前线程的线程局部变量值
2. public Object get();//该方法返回当前线程所对应的线程局部变量
3. public void remove();//当线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用。该方法是JDK5.0新增的方法，需要指出的是，当前线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。
4. protected Object initialValue();//返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。如果不写initialValue，那么第一次调用get()会返回一个null。
5. public final static ThreadLocal resourse = new ThreadLocal();//resourse仅代表一个能够存放String类型的ThreadLocal对象。此时不论什么线程并发访问这个变量，对它进行写入，读取操作，都是线程安全的。
由源码一步一步画出经典流程图
我们根据ThreadLocal在实际开发中的使用流程，把网上到处传遍的经典流程图一步步画出来。（认真看，百分百看懂吊打面试官！）
实际上，画出这个图，只需要三行代码即可。注意：ThreadLocal设置为局部方法仅仅为了写例子。ThreadLocal如果设置为了局部变量将失去他本身将线程隔离的特性作用。完全就是核弹打蚂蚁的操作！
首先，如第1步，我们new出一个ThreadLocal对象。
我们知道，ThreadLocal如果不进行set，是没有任何数据的，于是我们进行步骤2开始set一个值。点进set看源码！
点进ThreadLocal的set方法，我们发现它第一步就获取了当前线程的对象。注意，这个当前线程的对象的生命周期是与当前线程同步的。于是更新流程图：
然后我们根据当前线程对象，获取了ThreadLocalMap（这个ThreadLocalMap并不是一直存在的，而是检测我们当前现成是否存在这个ThreadLocalMap对象，如果不存在会先进行对象创建，否则直接获取ThreadLocalMap对象）。于是更新流程：
在获取map对象后，我们开始对当前线程的ThreadLocalMap对象进行set操作。
注意，此处的set的key是this。此时的this对象正是我们的ThreadLocal的对象，如图所示：
那么这个ThreadLocalMap对象的set方法又干了些什么呢？我们继续进去看。
我们可以看到。我们把数据重新处理，放入了一个Entry数组中。那么这个Entry数组又是什么呢？先更新一下流程：
我们来看一下Entry类的结构。
我们可以看到，Entry的结构非常类似一个map，最最最重点的来了。就是这个Entry的key这里是弱引用。what？弱引用？这是干什么用的？不要急，保持你的疑惑。我们先跟着上述步骤更新我们的流程图：
终于，到了这一步，和我们最经典的图相吻合了。这时候我们长出一口气，总算完啦！不！我说没完。还有最最关键的一步。
我们知道弱引用的特性是在一次GC后，与对象之间的联系断开。那么程序在运行一段时间，随便发生一次GC后，整个内存图是这样的。这才最后内存中数据的分布！
那有人又说？好家伙，你图都成这样了，我再通过ref.get()方法获取值还能获取到吗！稍安勿躁，这就带你继续看。
我们发现，诶当我们去get当前线程的ThreadLocal数据时，我们也是获取当前线程，再次委托给我们的ThreadLocalMap去查询。那么流程是这样的。
我们从步骤1的存在目的，进入当前线程的步骤2，去获取当前线程key为ref的value数据。有没有茅塞顿开的感觉！这些总算可以收工了吧？当你准备长出一口气时，我说还没有！因为博主一开始就有一个疑惑。就是我Entry的key执行ref对象的引用断开时，我Entry中的key不会变为null么？答案我们继续揭晓。
弱引用解读
我们知道java中有强软弱虚4种引用，而弱引用的定义就是只要发生gc，那么引用链就会断开。我们来用程序测试一下弱引用。
首先，我们先随意定义一个类测试类。
其次，我们使用弱引用引用这个类。我们测试以下程序在发生一次GC后，wrTest的结果是否为null。
此时我们看到，该对象的确已经为null了。此时，我们更换写法。
诶？问题来了。为什么这个弱引用在发生一次GC后，值依然可以获取到呢？是弱引用的引用链没有消失么？不，真相是我们此时的new Test()对象也恰巧被一个test强引用所指向，因此发生了GC也无法回收掉。这与我们ThreadLocal中，Entry的key断开与new ThreadLocal()的引用链，却依旧不为null的场景完全吻合。
我们得到结论：即使弱引用所指向的对象与弱引用断开引用链，但若是该对象有其他地方引用而导致无法回收，那么我的弱引用依旧可以通过断开前的连接地址去获取值。（也就是说引用的断开不会影响我们引用的寻址功能。引用的断开只会导致引用链断开导致对象被GC回收，但是！此时若有一个强引用引用着，那么弱引用就可以在无引用链的情况下继续访问该对象。（这里扩展一下。若对象的地址强制改变，弱引用将无法继续跟踪））。
举一个简单的案例：假设你买票上火车，找到了座位坐了进去。但是记性很差的你，上了个厕所回来找不到自己的座位了。此时，列车员始终可以根据你的购票档案查到你的座位号。
到此为止，ThreadLocal的源码图解可以告一段落了。
为什么ThreadLocalMap中的key要设置成弱引用？
ThreadLocal的被回收的场景
首先，强调一下这个假设的前提是ThreadLocal的用法使用不到位导致的，不优雅的。为什么博主这么说呢？因为ThreadLocal为了可以拥有在每个线程直接独立创建副本的能力，我们通常会把它用public static final进行修饰。也就是说这个引用不出意外将永远不会消失。
有人会反驳说，虽然你这个引用用public static final进行修饰不会消失，但是线程会执行结束啊？如果仔细读了上述流程的读者应该已经很明确我们ThreadLocal获取值是根据当前线程的ThreadLocalMap获取的，如果当前线程结束，那么该线程的ThreadLocalMap对象会一起消失。对应的Entry也会一起消失。（后续还有讲解）
内存泄漏的原因
我们之前在讲解流程的时候，讲过ThreadMap中的Entry是弱引用。
那么此时，我们逆向思考ThreadLocalMap中Entry的key是强引用，那么当我们的ref出栈后，1号线断开后，Entry就会始终有一个2号引用指向new ThreadLocal()对象，导致该对象永远无法访问，也无法回收，导致内存泄漏。
为了避免这种尴尬，Entry的key与new ThreadLocal的对象设置为弱引用。（咱哥俩联系一次就得了，以后找你讨债没问题，你是死是活我管不着）。着实把该对象当成了工具人！
设置为弱引用后，经过一次GC内存模型如下：
此时，当ref出栈，new ThreadLoal孤立无援，唯有被回收的下场。到此，最常见的内存泄漏讲解完毕。
很多网上的博客，都是这么解析的。虽然光论结果来说都能说通，但是其实是本质对ThreadLocal并没有深刻的理解。
当步骤1断开后，步骤2再次经过垃圾回收断开，对象才被孤立无援被回收。此处我很自信的说：2其实在1断开之前就和对象彻底决裂分手再无瓜葛了！如果还没理解，就继续把我上述分析流程再看看。
Entry的key内存泄漏
我们之前看的博客说的最多的就是ThreadLocal对象的内存泄漏。然而其实我们发现Entry其实也有泄漏。如图，由于我们将ThreadLocal对象的成功回收，这些我们的key”终于”变为null了。但是我们的value依旧存在，因此这一组数据的value由于key为null的原因也无法访问导致内存泄漏。
呀！这可咋办，之前看的博客没人提过啊！别急，我们来看ThreadLocal是如何应对的。
Set优化
此时，当Entry的下标i对应的key值为null的话，说明key已经被回收了，那么直接把位置继续占用即可，反正key为null已经没用了。
Get优化
可以看到，get发现key为null的处理方式是直接从Entry中强行删除。
Remove方法
remove是我们主动触发，清理Entry的方式。和get方法底层调用的是同一个方法。可以加速我们泄漏的内存回收。因此，如果当栈中的引用变为null时，我们可以再次调用remove()方法，将ThreadLocalMap中的Entry进行清理。（更具时效性）
线程退出时优化
最后，当线程退出的时候，Thread类会进行清理操作。其中就包括清理ThreadLocalMap。
线程退出执行的exit()方法。
ThradLocal可以设置成局部变量，可以但没意义，而且有内存泄漏风险
内存泄漏讲了这么这么多！其实我们发现导致内存泄漏的原因就是这个ThreadLocal设置成了局部变量，导致ThreadLocal对象在线程结束前被回收。此时就会造成内存泄漏一直到线程结束才可以释放掉的风险。如果一定要这么写，那么一定记得在ThreadLocal对象回收时调用一下remove()方法及时释放内存。
另外，threadLocal如果设置成局部变量，那么同一个线程中的其他方法也无法获取当该对象。这样也就背离了ThreadLocal在同一个线程下，共享同一个变量的设计初衷了。核弹杀蚂蚁。
ThreadLocal的错误使用导致线程不安全
由图可见，当ThreadLocal操作相同对象的时候，所有的操作都指向同一个实例。如果想让上面的程序正常运行，需要每一个ThreadLocal都持有一个新的实例。
总结
其实平时我们从书本中获取到ThreadLocal知识足以面对我们应付各种场景的面试了。但是笔者最开始即使大致清楚了ThreadLocal的大致工作流程，却有许多细节没有串起来。本文的目的不仅仅是让各位读者拥有应付面试的能力，更是带着大家比较精细的分析了ThreadLocal的设计思路。我们往往学习一门新的技术时，要站在这个技术出现之前的开发人员面临的问题。ThreadLocal就解决了同一线程中的数据共享问题。
那么我们要解决同一线程间数据的共享问题，我们就需要拿到这个线程所有的方法共享的对象。于是我们开发人员在操作ThreadLocal的绝大部分方法时，第一步永远是获取当前线程对象。再由这个当前线程对象维护一个类似于Map的Entry。以ThreadLocal对象作为key，存放仅仅属于当前线程的value，从而达到线程分离。
我们要完全弄懂ThreadLocal，不能跟随很多博客上讲的，上来直接就硬着头皮开始解决弱引用的问题。我们首先要先把自己幻想成开发人员，一步一步在脑袋中画出ThreadLocal的工作流程。把ThreadLocalMap的Entry的key引用ThreadLocal对象的图像模拟出来（流程如果有还是不太清楚的朋友，可以再仔细看看上文讲解的流程图）。
此时，我们很明确的知道了ThreadLocalMap的Entry的key引用ThreadLocal对象这条引用存在的意义了，但是，如果这条引用设置成强引用就不可避免的导致我们的ThreadLocal对象发生了内存泄漏。于是我们才想到了使用弱引用去解决内存泄漏问题。
同时，通过讲解弱的例子，我们了解到只要被弱引用引用过的对象，即使经过GC导致弱引用链断开，只要该对象仍有强引用引用着让它不被GC，那么弱引用依旧不会为null的小细节。
希望通过这个TL这个重点知识，帮助归纳吸收更多解决问题的思路。吊打面试官和那条”该死”的弱引用一样，只是顺手搞定的事儿了。
