ThreadLocal源码笔记

最近用到了ThreadLocal，所以看了一下JDK的源码。ThreadLocal是以空间换时间的典型，因为它避免了使用synchronized关键字来对变量加锁，从而节约了很多时间。ThreadLocal是为每个线程创建一个变量的副本，所以每个线程都可以访问这个副本的内容并修改，彼此之间的副本不会相互影响，因此看似会修改同一个变量，但实际上线程间修改的都是线程本地变量。例如下面这个数据库连接类：

public class DatabaseUtil {
private static final ThreadLocal<Connection> CON_HOLDER = new ThreadLocal<Connection>();

public static Connection getConn() {
Connection con = CON_HOLDER.get();
if(null == con) {
try {
con = DriverManager.getConnection(url, username, pwd);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
CON_HOLDER.set(con);
}
}
return con;
}

// 其它函数
......
}

我们可以在Servlet中调用getConn()方法去获取一个连接，然后执行相应的数据库操作(暂且忽略这种做法的不规范性，先讨论多线程访问的问题)。Servlet在Java web中是单实例多线程的执行模式，这也是为什么我们一般不在Servlet类中定义成员变量的原因，就是为了避免线程不安全。那么当多个请求到来时，每个请求都是在一个线程里面来访问servlet的方法的，因此看上去每个线程获取到的连接都是同一个实例(getConn方法类似单例模式)。但实际上并不是这样，每个请求都会在它的线程中获取到不同的Connection连接，这就是ThreadLocal的作用。首先看ThreadLocal的get()方法的源码：

public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
}
return setInitialValue();
}

首先它获取了当前正在运行的线程，getMap()方法其实就是获取Thread中的ThreadLocalMap对象，并没有什么特别的。然后从ThreadLocalMap中根据当前ThreadLocal对象作为key去获取对应的值，接着返回。Thread类中有以下两个成员值得注意：

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

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

刚才的getMap()方法其实返回的就是threadLocal对象，现在Thread、ThreadLocal和ThreadLocalMap对象混在一起有点乱，下面来理清楚它们的关系：

1. 每个Thread都有一个ThreadLocalMap对象threadLocals作为它的成员变量，它的key是ThreadLocal对象，值就是ThreadLocal中保存的值，如果一个线程访问了多个ThreadLocal对象，则ThreadLocalMap中就会有多个映射关系

2. 每一个ThreadLocal对象都有自己唯一的hash值，这个值就是用于在ThreadLocalMap中查找对应的value的，所以以ThreadLocal对象为key就可以找到对应的线程本地的值

3. ThreadLocalMap是ThreadLocal的一个静态内部类(就把它想象成一个普通的类就好了，只不过访问它需要通过ThreadLocal来访问)，保存了很多个entry，每个entry都是一个ThreadLocal与它的值的映射关系

说了这么多，还是贴一张图比较直观：



从上图可以看到，每个线程都拥有一个ThreadLocalMap对象，它会保存ThreadLocal和value的映射关系，ThreadLocal就相当于一个中间人，每次线程方法它的get或set方法时，它都会首先获取当前运行的线程，然后获取线程中的ThreadLocalMap对象，由于每个ThreadLocal对象都有唯一hash值，所以以ThreadLocal为key可以在当前线程中找到它对应的值。每个线程都维护自己的ThreadLocalMap对象，这个就是真正的“副本”，通过ThreadLocal这个中介就可以保证成员变量的线程安全。每个线程都有自己的映射(即ThreadLocalMap)，当线程第一次设置ThreadLocal的值的时候，其实就是在自己的map中添加一条访问的ThreadLocal对象和值的映射，创建副本，然后就可以根据该ThreadLocal对象(也就是它的hashcode)找到对应的值，而不需要访问共享的变量。

ThreadLocal没有使用synchronized关键字，而是在Thread中维护一份本地的副本，如果每个线程都希望独享自己的成员变量时，ThreadLocal是一个好选择，但如果确实需要多线程共享一个成员变量时，那么还是需要使用synchronized关键字来加锁保证线程安全的。