ThreadLocal的使用及实现原理-threadlocal使用

前言

ThreadLocal直译是本地线程，但实际上它的译名是线程局部变量(ThreadLocalVariable)。ThreadLocal诞生的目的是隔离不同线程所使用的变量，官方对它的解释是：

提供了线程局部变量，是独立于变量的初始化副本”，也就是说它可以实现将某一个变量隔离在某个线程内，其它的线程无法访问和使用这个变量。

我们先来做一个测试，先不使用ThreadLocal，创建三个线程：

public class ThreadLocalTest {
  public static int num = 0;
  public static int numAdd() {
    return num++;
  }
  public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(new MyRunnable());
    Thread t2 = new Thread(new MyRunnable());
    Thread t3 = new Thread(new MyRunnable());
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
  }
  public static class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 3; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + ThreadLocalTest.numAdd());
      }
    }

  }
}

执行后发现控制台输出的是：

可以发现线程执行了numAdd()方法，从0-8跑了九次，num从0加到8，也就是说线程之间共享了静态变量，从而导致线程的不安全问题。

然后我们再使用ThreadLocal来进行测试。

public class ThreadLocalTest {
  private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
    @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
  };
  public static int numAdd() {
    threadLocal.set(threadLocal.get()+1);
    return threadLocal.get();
  }
  public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(new MyRunnable());
    Thread t2 = new Thread(new MyRunnable());
    Thread t3 = new Thread(new MyRunnable());
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
  }
  public static class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
      for (int i = 0; i < 3; i++) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + numAdd());
      }
    }

  }
}

这里的numAdd方法使用了ThreadLocal的get()方法，这个方法调用了initialValue()方法并设置了返回值为0，通过调用这个方法+1，达到了num++的效果，这时候再看输出的结果。

可以看到，三个不同的线程间相互隔离，变量的取值互不相干，也就是说ThreadLocal使用了不相干的变量，或者说ThreadLocal为每一个线程准备了一个变量副本，那么它是如何实现的呢，我们点进ThreadLocal的源码看看。

这就是ThreadLocal的构成了，主要操作是get()和set()方法：

get() ：返回当前ThreadLocal的值

 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();
    }

set() ：将当前线程对象的值存入ThreadLocalMap中

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

首先创建了当前Thread的对象，然后存入ThreadLocalMap中，对map进行判断，不为空就将this(当前Threadlocal对象)存入作为key，并获取对应的值，最后是调用了一个setInitialValue()方法去获得初始化的值。

ThreadLocalMap

介绍上面两个方法主要是是为了引出ThreadLocal的实现原理，即ThreadLocalMap的创建和使用。

官方注释中解释道，ThreadLocalMap是一个定制的哈希映射，只适用于维护ThreadLocal的值。在ThreadLocal类之外没有导出操作。类是包私有的，以允许在类线程中声明字段。为了帮助处理非常大且长期使用的用法，哈希表条目对键使用弱引用。

但是，由于不使用引用队列，只有当表开始耗尽空间时，才开始删除陈旧的条目。

点开ThreadLocalMap，可以看到一开始ThreadLocalMap定义了一个用于存储数据的Entry 类。

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

这个Entry类继承了弱引用类，众所周知Java有四种引用类型，其中弱引用就是每次JVM进行垃圾回收时，都会回收该对象，保证了ThreadLocal每次拷贝当前线程的值的时候所占的空间能被重新使用。

由get()方法可以得知，ThreadLocalMap的键(key)是ThreadLocal类的实例对象，value为用户的值。

那么ThreadLocalMap的引用是在哪里呢，在上面的set()方法里，调用了getMap()和createMap()方法。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

可以看到这边调用了一个叫threadLocals的属性，点击这个属性发现跳到了Thread类中。

  /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

所以这个属性便是ThreadLocalMap的引用了，那么ThreadLocal的实现原理也就很清晰了：

定义了一个ThreadLocalMap内部类，使用的是Map的键值对方式来存取数据，key是ThreadLocal类的实例对象，value为传值。
创建新的ThreadLocal对象，调用set()或get()方法时，也就是调用了ThreadLocalMap来进行操作。
使用ThreadLocal时，线程所使用的变量是独享的(私有的变量副本)，其他线程无法访问，在使用过后(线程结束)，这些变量会被GC回收。

使用ThreadLocal的原因

ThreadLocal可以用来把实例变量共享成全局变量，让程序中所有的方法都可以访问到该变量。

由于存到ThreadLocal的变量都是当前线程本身，其他线程无法访问，存到ThreadLocal中只是为了方便在程序中同一个线程之间传递这个变量(和解决线程安全没有关系)。

ThreadLocal的使用及实现原理

前言

get() ： 返回当前ThreadLocal的值

set() ： 将当前线程对象的值存入ThreadLocalMap中

ThreadLocalMap

使用ThreadLocal的原因

get() ：返回当前ThreadLocal的值

set() ：将当前线程对象的值存入ThreadLocalMap中