ThreadLocal 是面試過程中非常高頻的一個類，這類的復(fù)雜程度絕對是可以帶出一系列連環(huán)炮的面試轟炸。biu biu biu ~~~~.
一直覺得自己對這個類很了解了，但是直到去看源碼，接二連三的技術(shù)浮出水面（弱引用，避免內(nèi)存溢出的操作，開放地址法解決hash 沖突，各種內(nèi)部類的復(fù)雜的關(guān)系），看到你懷疑人生，直到根據(jù)代碼一步一步的畫圖才最終理解（所以本篇文章會有大量的圖）。 這里也給大家一個啟示，面對復(fù)雜的事情的時候，實(shí)在被問題繞暈了，就畫圖吧，借助圖可以讓問題可視化，便于理解。
WAHTThreadLocal 是一個線程的本地變量，也就意味著這個變量是線程獨(dú)有的，是不能與其他線程共享的，這樣就可以避免資源競爭帶來的多線程的問題，這種解決多線程的安全問題和lock(這里的lock 指通過synchronized 或者Lock 等實(shí)現(xiàn)的鎖) 是有本質(zhì)的區(qū)別的:
lock 的資源是多個線程共享的，所以訪問的時候需要加鎖。ThreadLocal 是每個線程都有一個副本，是不需要加鎖的。lock 是通過時間換空間的做法。ThreadLocal 是典型的通過空間換時間的做法。當(dāng)然他們的使用場景也是不同的，關(guān)鍵看你的資源是需要多線程之間共享的還是單線程內(nèi)部共享的
使用ThreadLocal 的使用是非常簡單的，看下面的代碼
看到這里是不是覺得特別簡單？別高興太早，點(diǎn)進(jìn)去代碼看看，你絕對會懷疑人生
源碼分析在分析源碼之前先畫一下ThreadLocal ，ThreadLocalMap 和Thread 的關(guān)系，如果你對他們的關(guān)系還不了解的話，請看我的另一篇文章BAT面試必考：ThreadLocal ，ThreadLocalMap 和Thread 的關(guān)系
set 方法
createMap 方法只是在第一次設(shè)置值的時候創(chuàng)建一個ThreadLocalMap 賦值給Thread 對象的threadLocals 屬性進(jìn)行綁定，以后就可以直接通過這個屬性獲取到值了。從這里可以看出，為什么說ThreadLocal 是線程本地變量來的了
值真正是放在ThreadLocalMap 中存取的，ThreadLocalMap 內(nèi)部類有一個Entry 類，key是ThreadLocal 對象，value 就是你要存放的值，上面的代碼value 存放的就是hello word。ThreadLocalMap 和HashMap的功能類似，但是實(shí)現(xiàn)上卻有很大的不同：
HashMap 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組+鏈表ThreadLocalMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)僅僅是數(shù)組HashMap 是通過鏈地址法解決hash 沖突的問題ThreadLocalMap 是通過開放地址法來解決hash 沖突的問題HashMap 里面的Entry 內(nèi)部類的引用都是強(qiáng)引用ThreadLocalMap里面的Entry 內(nèi)部類中的key 是弱引用，value 是強(qiáng)引用為什么ThreadLocalMap 采用開放地址法來解決哈希沖突?
jdk 中大多數(shù)的類都是采用了鏈地址法來解決hash 沖突，為什么ThreadLocalMap 采用開放地址法來解決哈希沖突呢？首先我們來看看這兩種不同的方式
鏈地址法
這種方法的基本思想是將所有哈希地址為i的元素構(gòu)成一個稱為同義詞鏈的單鏈表，并將單鏈表的頭指針存在哈希表的第i個單元中，因而查找、插入和刪除主要在同義詞鏈中進(jìn)行。列如對于關(guān)鍵字集合{12,67,56,16,25,37, 22,29,15,47,48,34}，我們用前面同樣的12為除數(shù)，進(jìn)行除留余數(shù)法：
開放地址法
這種方法的基本思想是一旦發(fā)生了沖突，就去尋找下一個空的散列地址(這非常重要，源碼都是根據(jù)這個特性，必須理解這里才能往下走)，只要散列表足夠大，空的散列地址總能找到，并將記錄存入。
比如說，我們的關(guān)鍵字集合為{12,33,4,5,15,25},表長為10。 我們用散列函數(shù)f(key) = key mod l0。 當(dāng)計(jì)算前S個數(shù){12,33,4,5}時，都是沒有沖突的散列地址，直接存入（藍(lán)色代表為空的，可以存放數(shù)據(jù)）：
計(jì)算key = 15時，發(fā)現(xiàn)f(15) = 5，此時就與5所在的位置沖突。于是我們應(yīng)用上面的公式f(15) = (f(15)+1) mod 10 =6。于是將15存入下標(biāo)為6的位置。這其實(shí)就是房子被人買了于是買下一間的作法：
鏈地址法和開放地址法的優(yōu)缺點(diǎn)
開放地址法：
容易產(chǎn)生堆積問題，不適于大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲。散列函數(shù)的設(shè)計(jì)對沖突會有很大的影響，插入時可能會出現(xiàn)多次沖突的現(xiàn)象。刪除的元素是多個沖突元素中的一個，需要對后面的元素作處理，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。鏈地址法：
處理沖突簡單，且無堆積現(xiàn)象，平均查找長度短。鏈表中的結(jié)點(diǎn)是動態(tài)申請的，適合構(gòu)造表不能確定長度的情況。刪除結(jié)點(diǎn)的操作易于實(shí)現(xiàn)。只要簡單地刪去鏈表上相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)即可。指針需要額外的空間，故當(dāng)結(jié)點(diǎn)規(guī)模較小時，開放定址法較為節(jié)省空間。ThreadLocalMap 采用開放地址法原因
ThreadLocal 中看到一個屬性 HASH_INCREMENT = 0x61c88647 ，0x61c88647 是一個神奇的數(shù)字，讓哈希碼能均勻的分布在2的N次方的數(shù)組里, 即 Entry[] table，關(guān)于這個神奇的數(shù)字google 有很多解析，這里就不重復(fù)說了ThreadLocal 往往存放的數(shù)據(jù)量不會特別大（而且key 是弱引用又會被垃圾回收，及時讓數(shù)據(jù)量更小），這個時候開放地址法簡單的結(jié)構(gòu)會顯得更省空間，同時數(shù)組的查詢效率也是非常高，加上第一點(diǎn)的保障，沖突概率也低弱引用如果對弱引用不了解的同學(xué)，先看下我之前的寫的一篇文章別再找了，一文徹底解析Java 中的弱引用（參考官網(wǎng)）系
接下來我們看看ThreadLocalMap 中的存放數(shù)據(jù)的內(nèi)部類Entry 的實(shí)現(xiàn)源碼
我們可以知道Entry 的key 是一個弱引用，也就意味這可能會被垃圾回收器回收掉
threadLocal.get()==null也就意味著被回收掉了
ThreadLocalMap set 方法
還是拿上面解釋開放地址法解釋的例子來說明下。 比如說，我們的關(guān)鍵字集合為{12,33,4,5,15,25},表長為10。 我們用散列函數(shù)f(key) = key mod l0。 當(dāng)計(jì)算前S個數(shù){12,33,4,5,15,25}時，并且此時key=33,k=5 已經(jīng)過期了（藍(lán)色代表為空的，可以存放數(shù)據(jù)，紅色代表key 過期，過期的key為null）：
replaceStaleEntry 這個方法
第一個for 循環(huán)是向前遍歷數(shù)據(jù)的，直到遍歷到空的entry 就停止（這個是根據(jù)開放地址的線性探測法）,這里的例子就是遍歷到index=1就停止了。向前遍歷的過程同時會找出過期的key,這個時候找到的是下標(biāo)index=3 的為過期，進(jìn)入到
if (e.get() == null) slotToExpunge = i;注意此時slotToExpunge=3，staleSlot=5
第二個for 循環(huán)是從index=staleSlot開始，向后編列的，找出是否有和當(dāng)前匹配的key,有的話進(jìn)行清理過期的對象和重新設(shè)置當(dāng)前的值。這個例子遍歷到index=6 的時候，匹配到key=15的值，進(jìn)入如下代碼
先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，注意此時slotToExpunge=3，staleSlot=5，i=6。這里就是把5 和6 的位置的元素進(jìn)行交換，并且設(shè)置新的value=new,交換后的圖是這樣的
為什么要交換
這里解釋下為什么交換，我們先來看看如果不交換的話，經(jīng)過設(shè)置值和清理過期對象，會是以下這張圖
這個時候如果我們再一次設(shè)置一個key=15,value=new2 的值，通過f(15)=5,這個時候由于上次index=5是過期對象，被清空了，所以可以存在數(shù)據(jù)，那么就直接存放在這里了
你看，這樣整個數(shù)組就存在兩個key=15 的數(shù)據(jù)了，這樣是不允許的，所以一定要交換數(shù)據(jù)expungeStaleEntry
接下來我們詳細(xì)模擬下整個過程 根據(jù)我們的例子，key=5,15,25 都是沖突的，并且k=5的值已經(jīng)過期，經(jīng)過replaceStaleEntry 方法，在進(jìn)入expungeStaleEntry 方法之前，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是這樣的
此時傳進(jìn)來的參數(shù)staleSlot=6，
這個時候會把index=6設(shè)置為null,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變成下面的情況
接下來我們會遍歷到i=7，經(jīng)過int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1) (實(shí)際上對應(yīng)我們的舉例的函數(shù)int h= f(25)); 得到的h=5,而25實(shí)際存放在index=7 的位置上，這個時候我們需要從h=5的位置上重新開始編列，直到遇到空的entry 為止
這個時候h=6，并把k=25 的值移到index=6 的位置上，同時設(shè)置index=7 為空，如下圖
其實(shí)目的跟replaceStaleEntry 交換位置的原理是一樣的，為了防止由于回收掉中間那個沖突的值，導(dǎo)致后面沖突的值沒辦法找到（因?yàn)閑==null 就跳出循環(huán)了）
ThreadLocal 內(nèi)存溢出問題通過上面的分析，我們知道expungeStaleEntry() 方法是幫助垃圾回收的，根據(jù)源碼，我們可以發(fā)現(xiàn) get 和set 方法都可能觸發(fā)清理方法expungeStaleEntry()，所以正常情況下是不會有內(nèi)存溢出的 但是如果我們沒有調(diào)用get 和set 的時候就會可能面臨著內(nèi)存溢出，養(yǎng)成好習(xí)慣不再使用的時候調(diào)用remove(),加快垃圾回收，避免內(nèi)存溢出
退一步說，就算我們沒有調(diào)用get 和set 和remove 方法,線程結(jié)束的時候，也就沒有強(qiáng)引用再指向ThreadLocal 中的ThreadLocalMap了，這樣ThreadLocalMap 和里面的元素也會被回收掉，但是有一種危險(xiǎn)是，如果線程是線程池的， 在線程執(zhí)行完代碼的時候并沒有結(jié)束，只是歸還給線程池，這個時候ThreadLocalMap 和里面的元素是不會回收掉的
來源：掘金
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