田超凡

原创博文，仿冒必究，部分素材转载自每特教育蚂蚁课堂

1 ThreadLocal基本概念

ThreadLocal提供了线程本地变量，它可以保证访问到的变量属于当前线程，每个线程都保存有一个变量副本，每个线程的变量都不同。

ThreadLocal相当于提供了一种线程隔离，将变量与线程相绑定，ThreadLocal适用于在多线程的情况下，实现线程之间的数据隔离，进而解决线程安全性问题

2 ThreadLocal常用API

1. set(T value) 设置当前线程缓存变量的值
2. get() 获取当前线程缓存变量的值
3. remove() 移除当前线程缓存变量的值                                                                                                                                        

3 ThreadLocal应用场景

1 Spring AOP声明式事务管理，设置事务只读

TransactionAspectSupport.currentTransactionStatus().setRollbackOnly();

2 Spring MVC/Spring AOP增强处理获取HttpServletRequest

HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes) (RequestContextHolder.currentRequestAttributes())).getRequest();

3 分布式事务解决方案LCN/Seata生成全局事务ID

4 ThreadLocal和Synchronized的区别

共同点：Synchronized和ThreadLocal都可以用来解决并发场景下的线程安全问题

不同点：

Synchronized是悲观锁的实现方式，它的核心思想是当多个线程同时竞争锁的时候，保证同一时刻只有一个线程能够竞争到这把锁，其他没有竞争到锁的线程会立刻阻塞到内核态，典型的时间换空间的实现方式：多线程竞争锁消耗大量时间(用户态和内核态频繁切换)，带来的好处就是不会消耗CPU资源，节省CPU资源占用空间。(时间换空间)

ThreadLocal是线程隔离的实现方式，通过给每个线程都创建一个ThreadLocalMap本地变量副本来存放当前线程的缓存变量值，不同线程之间缓存变量的值完全隔离。

典型的空间换时间的实现方式：每个线程都需要创建一个本地变量副本(ThreadLocalMap)，消耗大量内存空间，但是带来的好处是可以节省线程执行的时间(只运行在用户态，不需要在用户态和内核态频繁切换)（空间换时间）

5 内存溢出和内存泄漏

内存溢出：内存已经被占满了，当前程序申请分配内存将会失败(无法再次给当前程序分配内存空间)的问题

解决方案：内存扩容、释放部分程序占用的内存资源

内存泄漏：一开始内存没有被占满，但是有部分长时间占用到内存资源的线程一直占用着，不消耗内存资源，并最终导致内存占满的问题

解决方案：JVM GC垃圾回收、JVM性能调优

6 强、弱、软、虚引用

强引用：无论内存空间占用情况如何(还有没有可用的内存空间，或者已经OOM)，当前对象都不会被回收(死都不回收)

弱引用：无论内存空间占用情况如何，只要是触发了JVM GC垃圾回收，当前对象就会立刻被回收(只要JVM GC就回收)，依赖java.lang.ref.WeakReference类实现

软引用：当内存空间足够的时候，当前对象不会被回收；当内存空间不足的时候，当前对象会被回收(看内存占用情况决定是否回收)

虚引用：顾名思义，该操作是一个形同虚设的概念，不介入实际的对象回收周期(形同虚设)，依赖java.lang.ref.PhantomReference类实现

7 ThreadLocal实现原理

ThreadLocal通过给每个线程都创建一个ThreadLocalMap来存放当前线程缓存变量的值，不同线程之间缓存变量是完全隔离的，互不可访问的，而ThreadLocalMap底层是通过Entry来存储缓存变量的，Entry 通过弱引用指向Key并对应一个Value，这个Key就是当前线程的ThreadLocal实例，Value就是当前线程缓存变量的值

set() 实现原理:

1. 获取当前线程的本地变量ThreadLocalMap

1. 如果没有获取到本地变量ThreadLocalMap，则创建一个空的ThreadLocalMap并通过构造注入存入到对应的Entry中(Key是当前ThreadLocal实例，Value是缓存变量的值)

如果获取到了本地变量ThreadLocalMap，就会将当前线程绑定的ThreadLocal实例和缓存变量的值存放到ThreadLocalMap的Entry<ThreadLocal,T>中

get() 实现原理:

1. 获取当前线程的本地变量副本ThreadLocalMap
2. 如果获取到了当前线程的ThreadLocalMap，则根据当前线程绑定的ThreadLocal实例作为Key获取Entry中的Value
3. 如果没有获取到当前线程的ThreadLocalMap，那么就会调用setInitialize()创建一个空的ThreadLocalMap，并使用当前线程绑定的ThreadLocal实例作为Entry的Key，null作为Entry的Value存入当前线程的ThreadLocalMap

remove() 实现原理:

1. 获取当前线程的本地变量副本ThreadLocalMap
2. 将ThreadLocalMap中Key为当前ThreadLocal实例的数据直接移除

8 ThreadLocal产生内存泄漏的原因

上文提到，每个线程都会绑定一个ThreadLocalMap来作为本地变量副本，而ThreadLocalMap底层是通过Entry来存放数据的，Entry基于弱引用指向Key(ThreadLocal实例)，通过Key来绑定Value缓存变量。

根据弱引用的原则，当且仅当JVM GC垃圾回收时才会回收对象。如果在此之前，部分线程的ThreadLocal被设置为空了(threadLocal=null)，那么该ThreadLocal绑定的Entry(Key-Value键值对)将不会被回收，除非手动触发JVM GC回收才会回收该对象。但是实际上在开发过程中，手动去通过System.gc()触发GC回收的使用概率是非常少的，并且System.gc()调用不一定就会立刻触发JVM GC垃圾回收，System.gc()的作用只是告诉JVM你可以进行GC垃圾回收了，但是有可能最终没有垃圾回收，那么就会导致这些ThreadLocal被置为空的线程的本地变量副本中都会一直存在key为null的Entry键值对，且始终不会被回收，一直存放在内存中占用内存空间，数量多了之后就会导致内存泄漏(已分配到内存的部分一直不释放内存，导致内存爆满)。

总的而言，ThreadLocal产生内存泄漏的原因，主要是因为ThreadLocalMap与

我们当前线程的生命周期一样，如果没有手动的删除的情况下，就有可能会发生内存泄漏的问题。

9 如何避免ThreadLocal内存泄漏

1. 每次set()前先执行一次remove()
2. 调用remove() 将不要的数据移除避免内存泄漏的问题；

10 ThreadLocal应用案例：生成全局ID

目标：在AOP前置增强中生成全局ID，在程序中其他地方获取全局ID

  import com.alibaba.fastjson.JSON; 

  import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

  import org.aspectj.lang.JoinPoint;

  import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;

  import org.aspectj.lang.annotation.Before;

  import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;

  import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;

  import org.springframework.stereotype.Component;

  import org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder;

  import org.springframework.web.context.request.ServletRequestAttributes;

  

  import javax.servlet.http.HttpServletRequest;

  import java.util.Date;

  import java.util.Objects;

  import java.util.UUID;

  

  

  @Aspect

@Component

@Slf4j

  public class TestAop {

    @Autowired

    private GlobalIDContextholder globalIDContextholder;

  

    /**

     * 切入点

     */

    @Pointcut("execution(public * com.super.service.*Service.*(..))")

    public void log() {

    }

  

    /**

     * 前置操作

     *

     * @param point 切入点

     */

    @Before("log()")

    public void beforeLog(JoinPoint point) {

        UUID globalId = UUID.randomUUID();

        globalIDContextholder.set(globalId.toString());

    }

}

i

  @RestController

  public class TestController {

    @Autowired

    private GlobalIDContextholder globalIDContextholder;

  

    @GetMapping("/doTest")

    public String doTest () {

        return "从aop中获取的全局id:" + globalIDContextholder.getId();

    }

}

@Component

  public class GlobalIDContextholder {

  

    private ThreadLocal<String> globalIds = new ThreadLocal<String>();

  

    public String getId() {

        return globalIds.get();

    }

  

    public void set(String globalId) {

        globalIds.set(globalId);

    }

}