前言

前面的文章里嗤详，我們學(xué)習(xí)了有關(guān)鎖的使用妈踊，鎖的機(jī)制是保證同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程訪問(wèn)臨界區(qū)的資源，也就是通過(guò)控制資源的手段來(lái)保證線程安全彰亥，這固然是一種有效的手段咧七，但程序的運(yùn)行效率也因此大大降低。那么任斋，有沒(méi)有更好的方式呢猪叙？答案是有的，既然鎖是嚴(yán)格控制資源的方式來(lái)保證線程安全，那我們可以反其道而行之穴翩，增加更多資源犬第，保證每個(gè)線程都能得到所需對(duì)象，各自為營(yíng)芒帕，互不影響歉嗓，從而達(dá)到線程安全的目的，而ThreadLocal便是采用這樣的思路背蟆。

ThreadLocal實(shí)例

ThreadLocal翻譯成中文的話大概可以說(shuō)是：線程局部變量鉴分，也就是只有當(dāng)前線程能夠訪問(wèn)。它的設(shè)計(jì)作用是為每一個(gè)使用該變量的線程都提供一個(gè)變量值的副本带膀，每個(gè)線程都是改變自己的副本并且不會(huì)和其他線程的副本沖突志珍，這樣一來(lái)，從線程的角度來(lái)看垛叨，就好像每個(gè)線程都擁有了該變量伦糯。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例：

public class ThreadLocalDemo {

    static ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>(){
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static class MyRunnable implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0;i<3;i++){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                int value = local.get();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + value);
                local.set(value + 1);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable runnable = new MyRunnable();
        Thread t1 = new Thread(runnable);
        Thread t2 = new Thread(runnable);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

上面的代碼不難理解，首先是定義了一個(gè)名為 local 的ThreadLocal變量嗽元，并初識(shí)變量的值為0敛纲，然后是定義了一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的內(nèi)部類(lèi)，在其run方法中對(duì)local 的值做讀取和加1的操作剂癌，最后是main方法中開(kāi)啟兩個(gè)線程來(lái)運(yùn)行內(nèi)部類(lèi)實(shí)例淤翔。

以上就是代碼的大概邏輯，運(yùn)行main函數(shù)后佩谷，程序的輸出結(jié)果如下：

Thread-0:0
Thread-1:0
Thread-1:1
Thread-0:1
Thread-1:2
Thread-0:2

從結(jié)果可以看出旁壮，雖然兩個(gè)線程都共用一個(gè)Runnable實(shí)例，但兩個(gè)線程中所展示的ThreadLocal的數(shù)據(jù)值并不會(huì)相互影響谐檀，也就是說(shuō)這種情況下的local 變量保存的數(shù)據(jù)相當(dāng)于是線程安全的寡具，只能被當(dāng)前線程訪問(wèn)。

ThreadLocal實(shí)現(xiàn)原理

那么ThreadLocal內(nèi)部是怎么保證對(duì)象是線程私有的呢稚补？毫無(wú)疑問(wèn)童叠，答案需要從源碼中查找】文唬回顧前面的代碼厦坛，可以發(fā)現(xiàn)其中調(diào)用了ThreadLocal的兩個(gè)方法set 和 get，我們就從這兩個(gè)方法入手乍惊。

先看 set() 的源碼：

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 獲取線程的ThreadLocalMap杜秸，返回map
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        //map為空，創(chuàng)建
        createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

set的代碼邏輯比較簡(jiǎn)單润绎，主要是把值設(shè)置到當(dāng)前線程的一個(gè)ThreadLocalMap對(duì)象中撬碟，而ThreadLocalMap可以理解成一個(gè)Map诞挨，它是定義在Thread類(lèi)中內(nèi)部的成員，初始化是為null呢蛤，

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

不過(guò)惶傻，與常見(jiàn)的Map實(shí)現(xiàn)類(lèi)，如HashMap之類(lèi)的不同的是其障，ThreadLocalMap中的Entry是繼承于WeakReference類(lèi)的银室，保持了對(duì) “鍵” 的弱引用和對(duì) “值” 的強(qiáng)引用，這是類(lèi)的源碼：

static class ThreadLocalMap {

    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
        /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;

        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }
    
    //省略剩下的源碼
    ....................
}

從源碼中中可以看出励翼，Entry構(gòu)造函數(shù)中的參數(shù) k 就是ThreadLocal實(shí)例蜈敢，調(diào)用super(k) 表明對(duì) k 是弱引用，使用弱引用的原因在于汽抚，當(dāng)沒(méi)有強(qiáng)引用指向 ThreadLocal 實(shí)例時(shí)抓狭，它可被回收，從而避免內(nèi)存泄露造烁，那么為何需要防止內(nèi)存泄露呢否过？原因下面會(huì)說(shuō)到。

接著說(shuō)set方法的邏輯膨蛮，當(dāng)調(diào)用set方法時(shí)，其實(shí)是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入threadLocals這個(gè)Map對(duì)象中季研，這個(gè)Map的key為T(mén)hreadLocal當(dāng)前對(duì)象敞葛，value就是我們存入的值。而threadLocals本身能保存多個(gè)ThreadLocal對(duì)象与涡，相當(dāng)于一個(gè)ThreadLocal集合惹谐。

接著看 get() 的源碼：

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;
        }
    }
    //設(shè)置初識(shí)值到ThreadLocal中并返回
    return setInitialValue();
}
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;
    }

get方法的邏輯也是比較簡(jiǎn)單的，就是直接獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap對(duì)象驼卖，如果該對(duì)象不為空就返回它的value值氨肌，否則就把初始值設(shè)置到ThreadLocal中并返回。

看到這酌畜，我們大概就能明白為什么ThreadLocal能實(shí)現(xiàn)線程私有的原理了怎囚，其實(shí)就是每個(gè)線程都維護(hù)著一個(gè)ThreadLocal的容器，這個(gè)容器就是ThreadLocalMap桥胞，可以保存多個(gè)ThreadLocal對(duì)象恳守。而調(diào)用ThreadLocal的set或get方法其實(shí)就是對(duì)當(dāng)前線程的ThreadLocal變量操作，與其他線程是分開(kāi)的贩虾，所以才能保證線程私有催烘，也就不存在線程安全的問(wèn)題了。

然而缎罢，該方案雖然能保證線程私有伊群，但卻會(huì)占用大量的內(nèi)存考杉，因?yàn)槊總€(gè)線程都維護(hù)著一個(gè)Map，當(dāng)訪問(wèn)某個(gè)ThreadLocal變量后舰始，線程會(huì)在自己的Map內(nèi)維護(hù)該ThreadLocal變量與具體實(shí)現(xiàn)的映射崇棠，如果這些映射一直存在，就表明ThreadLocal 存在引用的情況蔽午，那么系統(tǒng)GC就無(wú)法回收這些變量易茬，可能會(huì)造成內(nèi)存泄露。

針對(duì)這種情況及老，上面所說(shuō)的ThreadLocalMap中Entry的弱引用就起作用了抽莱。

TheadLocal與同步機(jī)制的區(qū)別

最后，總結(jié)一下ThreadLocal和同步機(jī)制之間的區(qū)別吧骄恶。

實(shí)現(xiàn)機(jī)制：

同步機(jī)制采用了“以時(shí)間換空間”的方式食铐，控制資源保證同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程訪問(wèn)。

ThreadLocal采用了“以空間換時(shí)間”的方式僧鲁，為每一個(gè)線程都提供一份變量的副本虐呻，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)訪問(wèn)而互不影響，但因?yàn)槊總€(gè)線程都維護(hù)著一份副本寞秃，對(duì)內(nèi)存空間的占用會(huì)增加斟叼。

數(shù)據(jù)共享：

同步機(jī)制是對(duì)公共資源做控制訪問(wèn)的方式來(lái)保證線程安全，但資源仍是共享狀態(tài)春寿，可用于線程間的通信朗涩；

ThreadLocal是每個(gè)線程都有自己的資源(變量)副本，互相之間不影響绑改，也就不存在共享的說(shuō)法了谢床。