深入理解ThreadLocal
來源：程序員人生 發布時間：2015-03-12 09:14:52 閱讀次數：4698次
學習1個東西首先要知道為何要引入它，就是我們能用它來干甚么。所以我們先來看看ThreadLocal對我們到底有甚么用，然后再來看看它的實現原理。
ThreadLocal如果單純從名字上來看像是“本地線程"這么個意思，只能說這個名字起的確切不太好，很容易讓人產生誤解，ThreadLocalVariable（線程本地變量）應當是個更好的名字。我們先看1下官方對ThreadLocal的描寫：
該類提供了線程局部 (thread-local) 變量。這些變量不同于它們的普通對應物，由于訪問某個變量（通過其 get 或 set 方法）的每一個線程都有自己的局部變量，它獨立于變量的初始化副本。ThreadLocal 實例通常是類中的 private static 字段，它們希望將狀態與某1個線程（例如，用戶 ID 或事務 ID）相干聯。
我們從中摘出要點：
1、每一個線程都有自己的局部變量
每一個線程都有1個獨立于其他線程的上下文來保存這個變量，1個線程的本地變量對其他線程是不可見的（有條件，后面解釋）
2、獨立于變量的初始化副本
ThreadLocal可以給1個初始值，而每一個線程都會取得這個初始化值的1個副本，這樣才能保證不同的線程都有1份拷貝。
3、狀態與某1個線程相干聯
ThreadLocal 不是用于解決同享變量的問題的，不是為了調和線程同步而存在，而是為了方便每一個線程處理自己的狀態而引入的1個機制，理解這點對正確使用ThreadLocal相當重要。
我們先看1個簡單的例子：
public class ThreadLocalTest {
//創建1個Integer型的線程本地變量
public static final ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>() {
@Override
protected Integer initialValue() {
return 0;
}
};
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread[] threads = new Thread[5];
for (int j = 0; j < 5; j++) {
threads[j] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//獲得當前線程的本地變量，然后累加5次
int num = local.get();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
num++;
}
//重新設置累加后的本地變量
local.set(num);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "+ local.get());
}
}, "Thread-" + j);
}
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
}
}
運行后結果：
Thread-0 : 5
Thread⑷ : 5
Thread⑵ : 5
Thread⑴ : 5
Thread⑶ : 5
我們看到，每一個線程累加后的結果都是5，各個線程處理自己的本地變量值，線程之間互不影響。
我們再來看1個例子：
public class ThreadLocalTest {
private static Index num = new Index();
//創建1個Index類型的本地變量
private static ThreadLocal<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
@Override
protected Index initialValue() {
return num;
}
};
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread[] threads = new Thread[5];
for (int j = 0; j < 5; j++) {
threads[j] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//取出當前線程的本地變量，并累加1000次
Index index = local.get();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
index.increase();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "+ index.num);
}
}, "Thread-" + j);
}
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
}
static class Index {
int num;
public void increase() {
num++;
}
}
}
履行后我們發現結果以下（每次運行還都不1樣）：
Thread-0 : 1390
Thread⑵ : 2390
Thread⑷ : 4390
Thread⑶ : 3491
Thread⑴ : 1390
這次為何線程本地變量又失效了呢？大家可以仔細視察上面代碼自己先找1下緣由。
-----------------------------------------------低調的分割線-------------------------------------------
讓我們再來回味1下 “ThreadLocal可以給1個初始值，而每一個線程都會取得這個初始化值的1個副本” 這句話。“初始值的副本。。。”，貌似想出發點甚么。我們再來看1下上面代碼中定義ThreadLocal的地方
private static Index num = new Index();
private static ThreadLocal<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
@Override
protected Index initialValue() {
return num; // 注意這里，返回的是已定義好的對象num，而不是new Index()
}
};
上面代碼中，我們通過覆蓋initialValue函數來給我們的ThreadLocal提供初始值，每一個線程都會獲得這個初始值的1個副本。而現在我們的初始值是1個定義好的1個對象，num是這個對象的援用.換句話說我們的初始值是1個援用。援用的副本和援用指向的不就是同1個對象嗎？
如果我們想給每個線程都保存1個Index對象應當怎樣辦呢？那就是創建對象的副本而不是對象援用的副本：
private static ThreadLocal<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
@Override
protected Index initialValue() {
return new Index(); //注意這里
}
};
對象的拷貝圖示：
現在我們應當能明白ThreadLocal本地變量的含義了吧。接下來我們就來看看ThreadLocal的源碼，從內部來揭露它的神秘面紗。
ThreadLocal有1個內部類ThreadLocalMap,這個類的實現占了全部ThreadLocal類源碼的1多半。這個ThreadLocalMap的作用非常關鍵，它就是線程真正保存線程自己本地變量的容器。每個線程都有自己的單獨的1個ThreadLocalMap實例，其所有的本地變量都會保存到這1個map中。現在就讓我們從ThreadLocal的get和set這兩個最經常使用的方法開始分析：
public T get() {
//獲得當前履行線程
Thread t = Thread.currentThread();
//獲得當前線程的ThreadLocalMap實例
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//如果map不為空，說明該線程已有了1個ThreadLocalMap實例
if (map != null) {
//map中保存線程的所有的線程本地變量，我們要去查找當前線程本地變量
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
//如果當前線程本地變量存在這個map中，則返回其對應的值
if (e != null)
return (T)e.value;
}
//如果map不存在或map中不存在當前線程本地變量，返回初始值
return setInitialValue();
}
強調1下：Thread對象都有1個ThreadLocalMap類型的屬性threadLocals，這個屬性是專門用于保存自己所有的線程本地變量的。這個屬性在線程對象初始化的時候為null。所以對1個線程對象第1次使用線程本地變量的時候，需要對這個threadLocals屬性進行初始化操作。注意要區分 “線程第1次使用本地線程變量”和“第1次使用某1個線程本地線程變量”。
getMap方法:
//直接返回線程對象的threadLocals屬性
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
setInitialValue方法：（看完后再回顧1下之前的那個例子）
private T setInitialValue() {
//獲得初始化值，initialValue 就是我們之前覆蓋的方法
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//如果map不為空，將初始化值放入到當前線程的ThreadLocalMap對象中
if (map != null)
map.set(this, value);
else
//當前線程第1次使用本地線程變量，需要對map進行初始化工作
createMap(t, value);
//返回初始化值
return value;
}
我們再來看1下set方法
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
//說明線程第1次使用線程本地變量(注意這里的第1次含義)
else
createMap(t, value);
}
ThradLocal還有1個remove方法，讓我們來分析1下:
public void remove() {
//獲得當前線程的ThreadLocalMap對象
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
//如果map不為空，則刪除該本地變量的值
if (m != null)
m.remove(this);
}
到這里大家應當對ThreadLocal變量比較清晰了，至于ThradLocalMap的實現細節這里就不在說了。大家有興趣可以自己去看ThreadLocal的源碼。
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