通过ThreadLocal实现一个上下文管理组件_threadlocal传递上下文

1 ThreadLocal原理

ThreadLocal主要作用就是实现线程间变量隔离，对于一个变量，每个线程维护一个自己的实例，防止多线程环境下的资源竞争，那ThreadLocal是如何实现这一特性的呢？

图1

从上图可知：

1. 每个Thread对象中都包含一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的threadlocals成员变量；
2. 该map对应的每个元素Entry对象中：key是ThreadLocal对象的弱引用，value是该threadlocal变量在当前线程中的对应的变量实体；
3. 当某一线程执行获取该ThreadLocal对象对应的变量时，首先从当前线程对象中获取对应的threadlocals哈希表，再以该ThreadLocal对象为key查询哈希表中对应的value；
4. 由于每个线程独占一个threadlocals哈希表，因此线程间ThreadLocal对象对应的变量实体也是独占的，不存在竞争问题，也就避免了多线程问题。

有人可能会问：ThreadLocalMap是Thread成员变量(非public，只有包访问权限，Thread和Threadlocal都在java.lang 包下，Thread可以访问ThreadLocal.ThreadLocalMap)，定义却在ThreadLocal中，为什么要这么设计？

源码的注释给出了解释：ThreadLocalMap就是维护线程本地变量设计的，就是让使用者知道ThreadLocalMap就只做保存线程局部变量这一件事。

set() 方法

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();	//获取当前线程
    ThreadLocalMap map = getMap(t);	//从当前线程对象中获取threadlocals，该map保存了所用的变量实例
    if (map != null) {
        map.set(this, value);
    } else {
        createMap(t, value);	//初始threadlocals，并设置当前变量
    }
}
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ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}
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void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

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get() 方法

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t); //从当前线程对象中获取threadlocals，该map保存了所用的变量实体
    if (map != null) {
        // 获取当前threadlocal对象对应的变量实体
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    // 如果map没有初始化，那么在这里初始化一下
    return setInitialValue();
}

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withInitial()方法

由于通过 ThreadLocal 的 set() 设置的值，只会设置当前线程对应变量实体，无法实现统一初始化所有线程的ThreadLocal的值。ThreadLocal提供了一个 withInitial() 方法实现这一功能：

ThreadLocal<String> initValue = ThreadLocal.withInitial(() -> "initValue");

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public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) {
    // 返回SuppliedThreadLocal类型对象
    return new SuppliedThreadLocal<>(supplier);
}

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static final class SuppliedThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {

    private final Supplier<? extends T> supplier;

    SuppliedThreadLocal(Supplier<? extends T> supplier) {
        this.supplier = Objects.requireNonNull(supplier);
    }

    @Override
    protected T initialValue() {
        // 获取初始化值
        return supplier.get();
    }
}

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ThreadLocal中的内存泄漏问题

由图1可知，ThreadLocal.ThreadLocalMap 对应的Entry中，key为ThreadLocal对象的弱引用，方法执行对应栈帧中的ThreadLocal引用为强引用。当方法执行过程中，由于栈帧销毁或者主动释放等原因，释放了ThreadLocal对象的强引用，即表示该ThreadLocal对象可以被回收了。又因为Entry中key为ThreadLocal对象的弱引用，所以当jvm执行GC操作时是能够回收该ThreadLocal对象的。

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