對于ThreadLocal這個類我相信多數(shù)java攻城獅都不陌生冠摄，它是java多線程中的一個重要的類纵搁，在面試時經(jīng)常被問到。不知道大家有沒有和我一樣的感覺佃迄，雖然大概知道這個類的含義但對其實現(xiàn)機制以及什么時候該使用這個類似乎總是理解的不太深刻。如果你和我有同樣的困惑贵少，就一起來看看這篇文章呵俏。

1.ThreadLocal是什么

看看ThreadLocal源碼對類的注釋怎么說

This class provides thread-local variables.  These variables differ from 
their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its 
{@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized 
copy of the variable.  {@code ThreadLocal} instances are typically private 
static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g.,
a user ID or Transaction ID)

這段話主要告訴我們四個信息：

• ThreadLocal可以為線程提供專屬本線程的變量
• 變量通過ThreadLocal的get、set方法訪問
• 線程間變量相互獨立
• ThreadLocal對象一般定義為一個私有靜態(tài)變量

OK, 通過這幾個點我們知道了ThreadLocal是用來做什么的滔灶。ThreadLocal為我們提供了一種將多線程共享變量變?yōu)榫€程獨享變量的一種機制普碎，通過ThreadLocal可以將共享變量變?yōu)閷俦揪€程的獨占變量，線程之間可以自由操作ThreadLocal變量录平，互不影響麻车。我們知道了ThreadLocal能干什么，我們再來看看它是怎么實現(xiàn)的斗这。

2.ThreadLocal實現(xiàn)原理

ThreadLocal中最常用的API就是set和get了动猬，set用于給ThreadLocal對象設(shè)置值，get用于從ThreadLocal對象中取值涝影。

private static ThreadLocal<Connection> connectionThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();

    public static void main(String[] args) {
        if (connectionThreadLocal.get() == null){
            connectionThreadLocal.set(ConnectionUtil.getConnection());
        }
        Thread thread = new Thread(new ConnectionTask(connectionThreadLocal));
        thread.start();
        try {
            //等子線程執(zhí)行結(jié)束后枣察，再繼續(xù)執(zhí)行主線程
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        Connection connection = connectionThreadLocal.get();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + connection);
    }

    static class ConnectionTask implements Runnable{

        private ThreadLocal<Connection> threadLocal;

        public ConnectionTask(ThreadLocal<Connection> threadLocal){
            this.threadLocal = threadLocal;
        }
        public void run() {
            Connection connection = threadLocal.get();
            if (connection == null){
                connection = ConnectionUtil.getConnection();
                threadLocal.set(connection);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" : " + connection);
        }
    }

上面的代碼中在主線程和子線程中分別對同一個ThreadLocal對象執(zhí)行set操作争占，并分別執(zhí)行g(shù)et方法取出ThreadLocal對象中的Connnection對象燃逻。主線程的get操作在子線程全部執(zhí)行完后才繼續(xù)執(zhí)行。大家猜測一下兩個線程中執(zhí)行打印后輸出的是否是同一個Connection對象呢?

代碼執(zhí)行結(jié)果

先來看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() {
        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;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

在get方法中首先拿到執(zhí)行方法的當前線程t，然后以線程t為參數(shù)調(diào)用了getMap(t)方法返回了一個ThreadLocalMap對象肥卡。如果map對象不為null就從map返回result溪掀，如果為null就返回setInitialValue()。有一點比較費解的是map.getEntry傳入的key是this步鉴，也就是當前ThreadLocal對象揪胃，我們來逐層分析璃哟，一點點揭開ThreadLocal的神秘面紗。關(guān)鍵點在于這個ThreadLocalMap對象喊递，我們來看看getMap具體干了什么随闪。

    /**
     * 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;
    }

我們看到getMap返回的是當前線程中一個threadLocals屬性，線程的threadLocals屬性是啥呢骚勘。

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

這是Thread類中的threadLocals屬性铐伴，從注釋上我們可以看到這個threadLocals用來維護屬于這個線程的ThreadLocal對象，而ThreadLocalMap是ThreadLocal的一個內(nèi)部類俏讹。既然ThreadLocalMap是一個Map盛杰，那我們?nèi)タ匆幌滤膋ey、value分別是什么藐石。

         /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

這是ThreadLocal的Entry定義即供，可以看到ThreadLocalMap的key是一個ThreadLocal對象，其value是一個Object于微。

看到這里我們應(yīng)該能夠知道的是：執(zhí)行ThreadLocal的get方法會返回屬于當前執(zhí)行線程的變量逗嫡，該變量保存在線程的ThreadLocalMap屬性中。Map以當前ThreadLocal對象為key株依，value是一個Object對象驱证，這個value就是在set到ThreadLocal中的那個值。

再看一下set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);
    }

可以看到ThreadLocal的set方法同樣是先獲取當前線程恋腕，然后拿到當前線程的ThreadLocalMap引用map抹锄。如果map不為null，就以當前threadLocal對象為key荠藤，T value作為值保存到線程的threadLocals屬性中伙单。否則執(zhí)行createMap()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) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

createMap方法很簡單哈肖，就是初始化線程的threadLocals屬性吻育，并將第一個通過ThreadLocal set的值保存到threadLocals中。

看到這里ThreadLocal為線程提供線程本地變量的機制也就很清楚了

• 通過ThreadLocal的set方法設(shè)置的value實際上被保存到了當前線程的ThreadLocalMap對象中淤井，Map以ThreadLocal對象為key布疼，保存的值為value
• 在調(diào)用ThreadLocal的get時，實際上是以當前的ThreadLocal對象為key從當前線程的ThreadLocalMap屬性中取出對應(yīng)的value

這也就解釋了在本節(jié)開頭中那個demo的輸出：同一個ThreadLocal對象币狠，分別在兩個線程中執(zhí)行set方法后游两，再調(diào)用get方法輸出的是兩個不同的對象。因為主線程和子線程中的分別擁有各自的ThreadLocalMap屬性來保存<ThreadLocal this,T value>的鍵值對漩绵，因此兩個線程的中value是互不相干的贱案。

3.什么時候使用ThreadLocal

當訪問共享變量時為了確保并發(fā)安全性，通常需要線程間同步渐行。我們知道線程間同步是非常麻煩且耗費性能的轰坊。一種避免線程間同步的就是不進行線程間數(shù)據(jù)共享铸董，僅在線程內(nèi)訪問數(shù)據(jù)就無需進行線程同步了，這種技術(shù)被稱為線程封閉肴沫。而ThreadLocal就是一種非常好的實現(xiàn)線程封閉的技術(shù)粟害。

當我們不希望線程間共享變量時，或者說線程完全沒有必要進行變量共享時就可以使用ThreadLocal對象將變量設(shè)置為線程獨享的變量颤芬。

例如悲幅，在單線程應(yīng)用程序中可能會維持一個全局的數(shù)據(jù)庫連接，并在程序啟動的時候初始化這個連接對象站蝠，從而避免在調(diào)用每個方法時都初始化都要傳遞一個Connection對象汰具。但是在多線程中Connection對象是共享的，沒有線程同步的情況下這是不安全的菱魔×衾螅可能一個線程正在使用共享的Connection對象，而另一個線程就將Connection對象close了澜倦。利用ThreadLocal則可以為每個線程都初始化一個Connection對象聚蝶，每個線程獨立操作屬于本線程的Connection，互不影響藻治。

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>(){
        @Override
        protected Connection initialValue() {
            return DriverManager.getConnection(DB_URL);
        }
    };

    public static Connection getConnection(){
        return connectionHolder.get();
    }

最后碘勉，需要注意的是在使用ThreadLocal時，一般將ThreadLocal設(shè)置私有靜態(tài)變量桩卵，get前先set或者重寫initialValue方法验靡。如果有多個對象需要set到ThreadLocal中，就初始化多個ThreadLocal變量雏节。

好了胜嗓，ThreadLocal的介紹就到這里。

你的關(guān)注是我持續(xù)更新的動力矾屯！