ThreadLocal 线程安全机制与小地雷

摘要：多线程类库对于共享数据的读写控制主要采用锁机制保证线程安全，本文所要探究的则采用了一种完全不同的策略。所以出现内存泄露的前提必须是持有的线程一直存活，这在使用线程池时是很正常的，在这种情况下一直不会被，因为

Java 多线程类库对于共享数据的读写控制主要采用锁机制保证线程安全，本文所要探究的 ThreadLocal 则采用了一种完全不同的策略。ThreadLocal 不是用来解决共享数据的并发访问问题的，它让每个线程都将目标数据复制一份作为线程私有，后续对于该数据的操作都是在各自私有的副本上进行，线程之间彼此相互隔离，也就不存在竞争问题。

下面的例子演示了 ThreadLocal 的典型应用场景，在 jdk 1.8 之前，如果我们希望对日期和时间进行格式化操作，则需要使用 SimpleDateFormat 类，而我们知道它是是非线程安全的，在多线程并发执行时会出现一些奇怪的问题，而对于该类使用的最佳实践则是采用 ThreadLocal 进行包装，以保证每个线程都有一份属于自己的 SimpleDateFormat 对象，如下所示：

ThreadLocal sdf = new ThreadLocal() {
    @Override
    protected SimpleDateFormat initialValue() {
        return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
    }
};

那么 ThreadLocal 是怎么做到让修饰的对象能够在每个线程中各持有一份呢？我们先来简单的概括一下：在 ThreadLocal 中定义了一个静态内部类 ThreadLocalMap，可以将其理解为一个特有的 Map 类型，而在 Thread 类中声明了一个 ThreadLocalMap 类型的属性 threadLocals，所以针对每个 Thread 对象，也就是每个线程来说都包含了一个 ThreadLocalMap 对象，即每个线程都有一个属于自己的内存数据库，而数据库中存储的就是我们用 ThreadLocal 修饰的对象，这里的 key 就是对应的 ThreadLocal 对象，而 value 就是我们记录在 ThreadLocal 中的值。当希望获取该对象时，我们首先需要拿到当前线程对应的 Thread 对象，然后获取到该对象对应的 threadLocals 属性，也就拿到了线程私有的内存数据库，最后以 ThreadLocal 对象为 key 获取到其修饰的目标值。整个过程还是有点绕的，可以借助下面这幅图进行理解。

接下来看一下相应的源码实现，首先来看一下内部定义的 ThreadLocalMap 静态内部类：

static class ThreadLocalMap {

    // 弱引用的key，继承自 WeakReference
    static class Entry extends WeakReference> {
        /** ThreadLocal 修饰的对象 */
        Object value;

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

    /** 初始化大小，必须是二次幂 */
    private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
    /** 承载键值对的表，长度必须是二次幂 */
    private Entry[] table;
    /** 记录键值对表的大小 */
    private int size = 0;
    /** 再散列阈值 */
    private int threshold; // Default to 0

    // 构造方法
    ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
        table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
        int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
        table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
        size = 1;
        setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
    }

    // 构造方法
    private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
        Entry[] parentTable = parentMap.table;
        int len = parentTable.length;
        setThreshold(len);
        table = new Entry[len];

        for (int j = 0; j < len; j++) {
            Entry e = parentTable[j];
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                ThreadLocal