深入ThreadLocal的内部机制

早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量。当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本。
ThreadLocal的接口方法：
void set(Object value)：设置当前线程的线程局部变量的值。
public Object get()：该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
public void remove()：将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。
需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，
所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。
protected Object initialValue()：返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。
这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，
并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。
在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。
ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量副本
模拟ThreadLocal代码清单：

package cn.itcast.ref;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
public class MyThreadLocal {
	//使用同步的map维护对象
	private static Map<Thread,Object> map = 
				Collections.synchronizedMap(new HashMap<Thread,Object>()); 
	public static Object get(){
		//获取当前线程
		Thread currentThread = Thread.currentThread();
		Object o = map.get(currentThread);
		if(o==null){
			o = new Random().nextInt(100);//假设是一个随机数
			map.put(currentThread, o);
		}
		return o;
	}
	public static void remove(){
		Thread currentThread = Thread.currentThread();
		if(map.containsKey(currentThread)){
			map.remove(currentThread);
		}
	}
}

虽然这个ThreadLocal实现版本显得比较幼稚，但它和JDK所提供的ThreadLocal类在实现思路上是相近的。

测试代码清单：

	@Test
	public void testMyThreadLocal(){
		Object o1 = MyThreadLocal.get();
		Object o2 = MyThreadLocal.get();
		//以下因为是同一个线程所有值相同
		System.err.println(o1+","+o2);
		new Thread(){
			public void run() {
				//在新的线程中获取对象为不同的值
				Object o3 = MyThreadLocal.get();
				System.err.println("o3:"+o3);
			};
		}.start();
	}

(一)何时清除对象的问题
ThreadLocal可以很好的维护线程局部的对象，那么它是如何做到及时将对象从内存中回收的呢？
遍观ThreadLocal的源代码可知，ThreadLocal是通过弱引用实现对象可以在内存被及时清回收的，以下是从ThreadLocal内部类Entry的源代码，可见Entry内部是WeakReferences（弱引用）的子类，即一个弱引用而已：
       

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
            Entry(ThreadLocal k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

(二)对象的引用
从JDK1.2版本开始，把对象的引用分为四种级别，从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这四种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用和虚引用。
1．强引用
Person p = new Persion();
本章前文介绍的引用实际上都是强引用，这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它。当内存空 间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。
2．软引用（SoftReference）
如果一个对象只具有软引用，那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。
3．弱引用（WeakReference）
如果一个对象只具有弱引用，那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程， 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。
4．虚引用（PhantomReference）
"虚引用"顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃 圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是 否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。
为弱引用使用较多：
弱引用的示例代码：

	/**
	 * 弱引用的示例
	 */
	@Test
	public void testRef2() throws Exception{
		//声明一个引用队列
		ReferenceQueue<Person> pp = new ReferenceQueue<Person>();
		//声明一个弱引用对象,引用一个Person对象
		WeakReference<Person> rq = new WeakReference<Person>(new Person("弱引用"),pp);
		//催促垃圾回收，由于Person没有被任何变量引用，所以会被回收
		System.gc();
		//给垃圾回收器留出足够的时间
		Thread.sleep(1000);
		//被回收以后，获取到的p对象将变成null值
		Person p = rq.get();
		System.err.println("ppp:"+p);
		//被回收以后的对象，将会放到回收队列中，但已经不可以再使用
		Reference<? extends Person> ref= pp.poll();
		//如果有对象已经被回收，则返回一个对象，否则返回null
		System.err.println(">>:"+ref);
	}

模拟使用弱引用实现的ThreadLoale

package cn.itcast.ref;
import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class MyThreadLocale{
	//声明为实例成员变量
	private Map<MyThreadLocale, WeakReference<Object>> mm 
			= new HashMap<MyThreadLocale, WeakReference<Object>>();
	public void set(Object t){
		mm.put(this,new WeakReference<Object>(t));
	}
	public Object get(){
		WeakReference<Object> wk = mm.get(this);
		if(wk==null){
			return null;
		}else{
			Object o = wk.get();
			return o;
		}
	}
}

测试代码：

@Test
	public void testWeak(){
		MyThreadLocale mm = new MyThreadLocale();
		mm.set(new Dog("Jack"));
		Object o = mm.get();//只要是被强引用就不会被回收
		System.gc();
		Object oo = mm.get();
		System.err.println("返回的值为："+oo);

}
以下是Dog类：

class Dog{
	private String name;
	public Dog(String name){
		this.name=name;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Dog [name=" + name + "]";
	}
	@Override
	protected void finalize() throws Throwable {
		System.err.println("OKOKOKK");
	}
}