java并发之ThreadLocal

ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

对比同步机制与ThreadLocal，可以得出同步通过加锁的方式实现了线程数据共享，也就是以时间换空间，而ThreadLocal则是以变量副本的方式通过以空间换时间的手段实现线程数据共享。

ThreadLocal类提供的几个方法：

public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { }

get()方法是用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本

set()用来设置当前线程中变量的副本

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。

initialValue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，它是一个延迟加载方法

首先我们来看一下ThreadLocal类是如何为每个线程创建一个变量的副本的。

先看下get方法的实现：



第一句是取得当前线程，然后通过getMap(t)方法获取到一个map，map的类型为ThreadLocalMap。然后接着下面获取到<key,value>键值对，注意这里获取键值对传进去的是 this，而不是当前线程t。如果获取成功，则返回value值。如果map为空，则调用setInitialValue方法返回value。

我们上面的每一句来仔细分析：首先看一下getMap方法中做了什么：　　



可能大家没有想到的是，在getMap中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。

那么我们继续取Thread类中取看一下成员变量threadLocals是什么：



实际上就是一个ThreadLocalMap，这个类型是ThreadLocal类的一个内部类，我们继续取看ThreadLocalMap的实现：



可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作为键值。

然后再继续看setInitialValue方法的具体实现：



　很容易了解，就是如果map不为空，就设置键值对，为空，再创建Map，看一下createMap的实现：　



首先，在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）。

初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。

首先通过getMap(Thread t)方法获取一个和当前线程相关的ThreadLocalMap，然后将变量的值设置到这个ThreadLocalMap对象中，当然如果获取到的ThreadLocalMap对象为空，就通过createMap方法创建。

线程隔离的秘密，就在于ThreadLocalMap这个类。ThreadLocalMap是ThreadLocal类的一个静态内部类，它实现了键值对的设置和获取（对比Map对象来理解），每个线程中都有一个独立的ThreadLocalMap副本，它所存储的值，只能被当前线程读取和修改。ThreadLocal类通过操作每一个线程特有的ThreadLocalMap副本，从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的，完全不会有并发错误。还有一点就是，ThreadLocalMap存储的键值对中的键是this对象指向的ThreadLocal对象，而值就是你所设置的对象了

Thread使用：

package com.gpl.concurrent.lock;

public class ThreadLocalTest {
ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();

public void set() {
longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
}

public long getLong() {
return longLocal.get();
}

public String getString() {
return stringLocal.get();
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();

test.set();//主线程设置的ThreadLocal
System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());

Thread thread1 = new Thread(){
public void run() {
test.set();//thread1设置的ThreadLocal变量
System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
};
};
thread1.start();
thread1.join();

System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
}
}

结果：

1

main

10

Thread-0

1

main

从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread1线程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。

总结一下：

　　1）实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；

　　2）为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量，就像上面代码中的longLocal和stringLocal；

　　3）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；

　　 如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialValue()方法。

　　　 因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一个语句是T value = initialValue()， 而默认情况下，initialValue方法返回的是null。



上面的例子如果在main线程中，没有先set，直接get的话，运行时会报空指针异常。

但是如果改成下面这段代码，即重写了initialValue方法：

package com.gpl.concurrent.lock;

public class ThreadLocalTest {

ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>(){
protected Long initialValue() {
return Thread.currentThread().getId();
};
};
ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>(){;
protected String initialValue() {
return Thread.currentThread().getName();
};
};

public void set() {
longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
}

public long getLong() {
return longLocal.get();
}

public String getString() {
return stringLocal.get();
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();

//test.set();//不需要了
System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());

Thread thread1 = new Thread(){
public void run() {
test.set();//thread1设置的ThreadLocal变量
System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
};
};
thread1.start();
thread1.join();

System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
}
}

ThreadLocal的应用场景

最常见的ThreadLocal使用场景为 用来解决 数据库连接、Session管理等。

package com.gpl.concurrent.ThreadLocal;

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;

public class ConnectionManager {
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder=new ThreadLocal<Connection>(){
@Override
protected Connection initialValue(){
Connection conn=null;
try {
conn=DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "user", "password");
} catch (SQLException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return conn;
}
};

public static Connection getConnection(){
return connectionHolder.get();
}
public static void setConnection(Connection conn) {
connectionHolder.set(conn);
}
}