}, "thread - " + i).start();}countDownLatch.await();}

private static class MyUtil {

public static void add(String newStr) {StringBuilder str = StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.get();StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.set(str.append(newStr));}

public static void print() {System.out.printf("Thread name:%s , ThreadLocal hashcode:%s, Instance hashcode:%s, Value:%s\n",Thread.currentThread().getName(),StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.hashCode(),StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.get().hashCode(),StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.get().toString());}

public static void set(String words) {StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.set(new StringBuilder(words));System.out.printf("Set, Thread name:%s , ThreadLocal hashcode:%s, Instance hashcode:%s, Value:%s\n",Thread.currentThread().getName(),StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.hashCode(),StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.get().hashCode(),StringBuilderUtil.stringBuilderThreadLocal.get().toString());}}

private static class StringBuilderUtil {// ThreadLocal 变量通常被 private static 修饰 private static ThreadLocal<StringBuilder> stringBuilderThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new StringBuilder());}

}

实例分析

ThreadLocal 本身支持范型，比如该例使用了 StringBuilder 类型的 ThreadLocal 变量。可通过 ThreadLocal 的 get() 方法读取 StringBuidler 实例，也可通过 set(T t) 方法设置 StringBuilder。

tips:CountDownLatch 类位于 java.util.concurrent 包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个场景：任务 A，它要等待其他 4 个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用 CountDownLatch 来实现这种功能了。下次，我们可以单独聊聊这一个功能。

点击运行，控制台输出结果

123

我们可以发现：

• 每个线程访问的是同一个 ThreadLocal 变量，而通过 ThreadLocal 的 get() 方法拿到的是不同的 StringBuilder 实例；

• 虽然从代码上都是对 StringBuilderUtil 类的静态 stringBuilderThreadLocal 字段进行 get() 得到 StringBuilder 实例并追加字符串，但是这并不会将所有线程追加的字符串都放进同一个 StringBuilder 中，而是每个线程将字符串追加进各自的 StringBuidler 实例内

• 使用 set(T t) 方法后，ThreadLocal 变量所指向的 StringBuilder 实例被替换

ThreadLocal 原理

方案一

我们大胆猜想一下，既然每个访问 ThreadLocal 变量的线程都有自己的一个“本地”实例副本。一个可能的方案是 ThreadLocal 维护一个 Map，Key 是当前线程，Value 是 ThreadLocal 在当前线程内的实例。这样，线程通过该 ThreadLocal 的 get() 方案获取实例时，只需要以线程为键，从 Map 中找出对应的实例即可。该方案如下图所示

VarMap

这个方案可以满足上文提到的每个线程内部都有一个 ThreadLocal 实例备份的要求。每个新线程访问该 ThreadLocal 时，都会向 Map 中添加一个新的映射，而当每个线程结束时再清除该线程对应的映射。But，这样就存在两个问题：

• 开启线程与结束线程时我们都需要及时更新 Map，因此必需保证 Map 的线程安全。

• 当线程结束时，需要保证它所访问的所有 ThreadLocal 中对应的映射均删除，否则可能会引起内存泄漏。

线程安全问题是 JDK 未采用该方案的一个主要原因。

方案二

上面这个方案，存在多线程访问同一个 Map 时可能会出现的同步问题。如果该 Map 由 Thread 维护，从而使得每个 Thread 只访问自己的 Map，就不存在这个问题。该方案如下图所示。

ThreadMap

该方案虽然没有锁的问题，但是由于每个线程在访问 ThreadLocal 变量后，都会在自己的 Map 内维护该 ThreadLocal 变量与具体实例的映射，如果不删除这些引用（映射），就有可能会造成内存泄漏的问题。我们一起来看一下 Jdk8 是如何解决这个问题的。

ThreadLocal 在 JDK 8 中的实现

ThreadLocalMap 与内存泄漏

在该方案中，Map 由 ThreadLocal 类的静态内部类 ThreadLocalMap 提供。该类的实例维护某个 ThreadLocal 与具体实例的映射。与 HashMap 不同的是，ThreadLocalMap 的每个?Entry?都是一个对?Key?的弱引用，这一点我们可以从super(k)可看出。另外，每个 Entry 中都包含了一个对?Value?的强引用。

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;

Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}

之所以使用弱引用，是因为当没有强引用指向 ThreadLocal 变量时，这个变量就可以被回收，就避免 ThreadLocal 因为不能被回收而造成的内存泄漏的问题。

但是，这里又可能出现另外一种内存泄漏的问题。ThreadLocalMap 维护 ThreadLocal 变量与具体实例的映射，当 ThreadLocal 变量被回收后，该映射的键变为 null，该 Entry 无法被移除。从而使得实例被该 Entry 引用而无法被回收造成内存泄漏。

**注意：**Entry 是对 ThreadLocal 类型的弱引用，并不是具体实例的弱引用，因此还存在具体实例相关的内存泄漏的问题。

读取实例

我们来看一下 ThreadLocal 获取实例的方法

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();}

当线程获取实例时，首先会通过getMap(t)方法获取自身的 ThreadLocalMap。从如下该方法的定义可见，该 ThreadLocalMap 的实例是 Thread 类的一个字段，即由 Thread 维护 ThreadLocal 对象与具体实例的映射，这一点与上文分析一致。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}

获取到 ThreadLocalMap 后，通过map.getEntry(this)方法获取该 ThreadLocal 在当前线程的 ThreadLocalMap 中对应的 Entry。该方法中的 this 即当前访问的 ThreadLocal 对象。

如果获取到的 Entry 不为 null，从 Entry 中取出值即为所需访问的本线程对应的实例。如果获取到的 Entry 为 null，则通过setInitialValue()方法设置该 ThreadLocal 变量在该线程中对应的具体实例的初始值。

设置初始值

设置初始值方法如下

private T setInitialValue() {T value = initialValue();Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;}

该方法为 private 方法，无法被重载。

首先，通过initialValue()方法获取初始值。该方法为 public 方法，且默认返回 null。所以典型用法中常常重载该方法。上例中即在内部匿名类中将其重载。

然后拿到该线程对应的 ThreadLocalMap 对象，若该对象不为 null，则直接将该 ThreadLocal 对象与对应实例

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初始值的映射添加进该线程的 ThreadLocalMap 中。若为 null，则先创建该 ThreadLocalMap 对象再将映射添加其中。

这里并不需要考虑 ThreadLocalMap 的线程安全问题。因为每个线程有且只有一个 ThreadLocalMap 对象，并且只有该线程自己可以访问它，其它线程不会访问该 ThreadLocalMap，也即该对象不会在多个线程中共享，也就不存在线程安全的问题。

设置实例

除了通过initialValue()方法设置实例的初始值，还可通过 set 方法设置线程内实例的值，如下所示。

public void set(T value) {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);}

该方法先获取该线程的 ThreadLocalMap 对象，然后直接将 ThreadLocal 对象（即代码中的 this）与目标实例的映射添加进 ThreadLocalMap 中。当然，如果映射已经存在，就直接覆盖。另外，如果获取到的 ThreadLocalMap 为 null，则先创建该 ThreadLocalMap 对象。

防止内存泄漏

对于已经不再被使用且已被回收的 ThreadLocal 对象，它在每个线程内对应的实例由于被线程的 ThreadLocalMap 的 Entry 强引用，无法被回收，可能会造成内存泄漏。

针对该问题，ThreadLocalMap 的 set 方法中，通过 replaceStaleEntry 方法将所有键为 null 的 Entry 的值设置为 null，从而使得该值可被回收。另外，会在 rehash 方法中通过 expungeStaleEntry 方法将键和值为 null 的 Entry 设置为 null 从而使得该 Entry 可被回收。

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {ThreadLocal<?> k = e.get();if (k == key) {e.value = value;return;}if (k == null) {replaceStaleEntry(key, value, i);return;}}tab[i] = new Entry(key, value);int sz = ++size;if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)rehash();}

案例

对于 Java Web 应用而言，Session 保存了很多信息。很多时候需要通过 Session 获取信息，有些时候又需要修改 Session 的信息。一方面，需要保证每个线程有自己单独的 Session 实例。另一方面，由于很多地方都需要操作 Session，存在多方法共享 Session 的需求。如果不使用 ThreadLocal，可以在每个线程内构建一个 Session 实例，并将该实例在多个方法间传递，如下所示。

public class SessionHandler {

@Datapublic static class Session {private String id;private String user;private String status;}

public Session createSession() {return new Session();}

public String getUser(Session session) {return session.getUser();}

public String getStatus(Session session) {return session.getStatus();}

public void setStatus(Session session, String status) {session.setStatus(status);}

public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {SessionHandler handler = new SessionHandler();Session session = handler.createSession();handler.getStatus(session);handler.getUser(session);handler.setStatus(session, "close");handler.getStatus(session);}).start();}}