深入理解线程本地变量ThreadLocal

Posted 2020-09-02 逍遥不羁

ThreadLocal理解：

如果在多线程并发环境中，一个可变对象涉及到共享与竞争，那么该可变对象就一定会涉及到线程间同步操作，这是多线程并发问题。

否则该可变对象将作为线程私有对象，可通过ThreadLocal进行管理，实现线程间私有对象隔离的目的。

可以发现，ThreadLocal并没有解决多线程并发的问题，因为ThreadLocal管理的可变对象的性质本来就不会涉及到多线程并发而引发的共享、竞争和同步问题，使用ThreadLocal管理只是方便了多线程获取和使用该私有可变对象的途径和方式。

ThreadLocal解决的问题：

将一个公共的可变对象，转换为线程私有的可变对象，防止出现不正确的共享。

《java并发变成实践》

线程本地(ThreadLocal)变量通常用于防止在基于可变的单体(Singleton)或全局变量的设计中，出现(不正确的)共享。

ThreadLocal的使用场景：

一个可变对象，在每一个线程(或者说多线程环境)中都会被使用，并且，该可变对象无需在各个线程间进行同步，那么，该可变对象就可以通过ThreadLocal进行管理，而此时该可变对象变成多实例对象，与线程一一对应。

ThreadLocal主要方法：

• public T get() { }返回当前线程所对应的线程局部变量

• public void set(T value) { }设置当前线程的线程局部变量的值

• 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 T 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。

ThreadLocal源码分析：

get方法：

    /**
     * Returns the value in the current thread's copy of this
     * thread-local variable.  If the variable has no value for the
     * current thread, it is first initialized to the value returned
     * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
     *
     * @return the current thread's value of this thread-local
     */
    public T get() {
    //获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();

    //从当前线程对象中获取ThreadLocalMap类型实例对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);

        if (map != null) {

        //this对象，也就是ThreadLocal对象作为map的key，获取ThreadLocal管理的可变对象
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }

    //map为空，延迟执行初始化方法
        return setInitialValue();
    }

看一下getMap(t)方法：

    /**
     * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param  t the current thread
     * @return the map
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

补充解释：
1、ThreadLocalMap，是ThreadLocal的静态内部类
2、ThreadLocalMap把其外部类ThreadLocal的实例对象作为key，把要管理的可变对象作为value
3、ThreadLocalMap的实例对象，由当前线程对象Thread的实例持有，而不是由ThreadLocal持有

如下图源码截图进行证明：

然后继续看setInitialValue()方法和initialValue()方法：

    /**
     * Variant of set() to establish initialValue. Used instead
     * of set() in case user has overridden the set() method.
     *
     * @return the initial value
     */
    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

    protected T initialValue() {
        return null;
    }

补充说明：
1、initialValue()方法声明为protected，目的就是让子类覆盖重新的，如果不覆盖重写，则返回null
2、如果没有重写initialValue()方法，ThreadLocal对象直接调用get()方法，最终从setInitialValue()返回的对象为null

看一下createMap(t, value)方法：

    /**
     * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
     * InheritableThreadLocal.
     *
     * @param t the current thread
     * @param firstValue value for the initial entry of the map
     */
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
    //直接new一个新的ThreadLocalMap实例，封装进入当前线程对象t
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

从上面代码可以发现，每一个线程对象都有一个专属自己的ThreadLocalMap对象，而ThreadLocalMap对象存储了ThreadLocal对象与变量对象。线程对象、ThreadLocalMap对象、ThreadLocal对象、变量对象之间的关系如下图：

最后看一下set(T value)方法：

    /**
     * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
     * to the specified value.  Most subclasses will have no need to
     * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
     * method to set the values of thread-locals.
     *
     * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
     *        this thread-local.
     */
    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

补充解释：
1、set方法用来修改或者初始化ThreadLocal管理的变量对象。
2、ThreadLocal对象调用get方法获取变量的，要么重写initialValue()方法，要么主动调用set方法，否则将返回null。

参考：
http://blog.csdn.net/lufeng20/article/details/24314381 (此文争议比较大，但依然可以作为理解ThreadLocal的素材)
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html
http://www.iteye.com/topic/103804