我想ThreadLocal這東西袱衷，大家或多或少都了解過一點(diǎn)，我在接觸ThreadLocal的時候笑窜，覺得這東西很神奇致燥，在網(wǎng)上看了很多博客，也看了一些書排截，總覺得有一個坎跨不過去嫌蚤，所以對ThreadLocal一直是一知半解的辐益，好在這東西在實(shí)際開發(fā)中畢竟用的不多，所以也就得過且過了搬葬。當(dāng)然我說的“用的不多”荷腊，只是對于普通的上層業(yè)務(wù)開發(fā)而言，其實(shí)在很多框架中急凰，都用到了ThreadLocal女仰，甚至有的還對ThreadLocal做了進(jìn)一步的改進(jìn)。但是ThreadLocal也算是并發(fā)編程的基礎(chǔ)抡锈，所以還真的有必要疾忍，也必須要好好研究下的。今天我們就來好好看看ThreadLocal床三。
ThreadLocal簡單應(yīng)用
我們知道在多線程下一罩，操作一個共享變量，很容易會發(fā)生矛盾撇簿，要解決這問題聂渊，最好的辦法當(dāng)然是每個線程都擁有自己的變量，其他的線程無法訪問四瘫，所謂“沒有共享汉嗽，就沒有傷害”。那么如何做到呢找蜜？ThreadLocal就這樣華麗麗的登場了饼暑。
我們先來看看簡單的應(yīng)用：
public static void main(String[] args) {
ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
threadLocal.set("Hello");
System.out.println("當(dāng)前線程是：" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("在當(dāng)前線程中獲取：" + threadLocal.get());
new Thread(() -> System.out.println("現(xiàn)在線程是"+Thread.currentThread().getName()+"嘗試獲认醋觥：" + threadLocal.get())).start();
}
運(yùn)行結(jié)果：
當(dāng)前線程是：main
在當(dāng)前線程中獲裙选：Hello
現(xiàn)在線程是Thread-0嘗試獲取：null
運(yùn)行結(jié)果很好理解诚纸，在主線程中往threadLocal 塞了一個值撰筷，只有在同一個線程下，才可以獲得值畦徘，在其他線程就無法獲取值了毕籽。
嘗試自己寫一個ThreadLocal
在我們探究ThreadLocal之前，先讓我們思考一個問題旧烧，如果叫你來實(shí)現(xiàn)ThreadLocal影钉，你會怎么做画髓？
ThreadLocal的目標(biāo)就在于讓每個線程都有只屬于自己的變量掘剪。最直接的辦法就是新建一個泛型類，在類中定義一個map奈虾，key是Long類型的夺谁，用來保存線程的id廉赔，value是T類型的，用來保存具體的數(shù)據(jù)匾鸥。
set的時候蜡塌，就獲取當(dāng)前線程的id，把這個作為key勿负，往map里面塞數(shù)據(jù)馏艾；
get的時候，還是獲取當(dāng)前線程的id奴愉，把這個作為key琅摩，然后從map中取出數(shù)據(jù)。
就像下面這個樣子：
public class ThreadLocalTest {
public static void main(String[] args) {
CodeBearThreadLocal threadLocal = new CodeBearThreadLocal();
threadLocal.set("Hello");
System.out.println("當(dāng)前線程是：" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("在當(dāng)前線程中獲榷稹：" + threadLocal.get());
new Thread(() -> System.out.println("現(xiàn)在線程是" + Thread.currentThread().getName() + "嘗試獲确孔省：" + threadLocal.get())).start();
}
}
class CodeBearThreadLocal<T> {
private ConcurrentHashMap<Long , T> hashMap = new ConcurrentHashMap<>();
void set(T value) {
hashMap.put(Thread.currentThread().getId(),value);
}
T get() {
return hashMap.get(Thread.currentThread().getId());
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
當(dāng)前線程是：main
在當(dāng)前線程中獲取：Hello
現(xiàn)在線程是Thread-0嘗試獲忍赐贰：null
可以看到運(yùn)行結(jié)果和“正版的ThreadLocal”是一模一樣的轰异。
探究ThreadLocal
我們自己也寫了一個ThreadLocal，看上去一點(diǎn)問題也沒有暑始，僅僅幾行代碼就把功能實(shí)現(xiàn)了搭独，給自己鼓個掌。那正版的ThreadLocal是怎么實(shí)現(xiàn)的呢蒋荚？核心應(yīng)該和我們寫的差不多吧戳稽。遺憾的是，正版的ThreadLocal和我們寫的可以說完全不一樣期升。
我們現(xiàn)在看看正版的ThreadLocal是怎么做的惊奇。
set
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();//獲取當(dāng)前的線程
ThreadLocalMap map = getMap(t);//獲取ThreadLocalMap
if (map != null)//如果map不為null，調(diào)用set方法塞入值
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);//新建map
}
- 獲取當(dāng)前的線程賦值給t播赁；
- 調(diào)用getMap方法颂郎，傳入t，也就是傳入當(dāng)前線程容为，獲取ThreadLocalMap乓序，賦值給map；
- 如果map不為null坎背，調(diào)用set方法塞入值替劈；
- 如果map為null，則調(diào)用createMap方法得滤。
讓我們來看看getMap方法：
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
getMap方法比較簡單陨献，直接返回了傳進(jìn)來的線程對象的threadLocals，說明threadLocals定義在Thread類里面懂更，是ThreadLocalMap 類型的眨业，讓我們看看threadLocals的定義：
public class Thread implements Runnable{
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}
看到這個定義急膀，大家一定有點(diǎn)暈，我們是跟著ThreadLocal的set方法進(jìn)來的龄捡，怎么到了這里又回到ThreadLocal了卓嫂，大家別著急，我們再來看看ThreadLocalMap是什么鬼聘殖？
ThreadLocalMap是ThreadLocal的靜態(tài)內(nèi)部類晨雳，我們的數(shù)據(jù)就是保存在ThreadLocalMap里面，更詳細(xì)的說我們的數(shù)據(jù)就保存在ThreadLocal類中的ThreadLocalMap靜態(tài)內(nèi)部類中的Entry[]里面奸腺。
讓我們把關(guān)系理一理悍募，確實(shí)有點(diǎn)混亂，Thread類里面定義了ThreadLocal.ThreadLocalMap字段洋机，ThreadLocalMap是TheadLocal的內(nèi)部靜態(tài)類坠宴，其中的Entry[]是用來保存數(shù)據(jù)的。這就意味著绷旗，每一個Thread實(shí)例中的ThreadLocalMap都是獨(dú)一無二的喜鼓，又不相互干擾。等等衔肢，這不就揭開了ThreadLocal的神秘面紗了嗎庄岖？原來ThreadLocal是這么做到讓每個線程都有自己的變量的。
如果你還不清楚的話角骤，沒關(guān)系隅忿，我們再來說的詳細(xì)點(diǎn)。在我們實(shí)現(xiàn)的ThreadLocal中邦尊，是利用map實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的背桐，key就是線程Id，你可以理解為key就是Thread的實(shí)例蝉揍，value就是我們需要保存的數(shù)據(jù)链峭，當(dāng)我們調(diào)用get方法的時候，就是利用線程Id又沾，你可以理解為利用Thread的實(shí)例去map中取出數(shù)據(jù)弊仪，這樣我們?nèi)〕龅臄?shù)據(jù)就肯定是這個線程持有的。比如這個線程是A杖刷，你傳入了B線程的線程Id励饵，也就是傳入了B線程的Thread的實(shí)例就肯定無法取出線程A所持有的數(shù)據(jù)，這點(diǎn)應(yīng)該毫無疑問把滑燃。但是役听，在正版的ThreadLocal中，數(shù)據(jù)是直接存在Thread實(shí)例中的，這樣每個線程的數(shù)據(jù)就被天然的隔離了禾嫉。
現(xiàn)在我們解決了一個問題，ThreadLocal是如何實(shí)現(xiàn)線程數(shù)據(jù)隔離的蚊丐，但是還有一個問題熙参，也就是我初學(xué)ThreadLocal看了很多博客，仍然百思不得其解的問題麦备，既然數(shù)據(jù)是保存在ThreadLocalMap中的Entry[]的孽椰，那么就代表可以保存多個數(shù)據(jù)，不然用一個普通的成員變量不就OK了嗎凛篙，為什么要用數(shù)組呢黍匾？但是ThreadLocal提供的set方法沒有重載啊，如果先set一個“hello”呛梆，又set一個“bye”锐涯，那么“bye”肯定會把“hello”給覆蓋掉啊，又不像HashMap一樣填物，有key和value的概念纹腌。這個問題真的困擾我很久，后面終于知道了原因了滞磺，我們可以new多個ThreadLocal呀升薯，就像這樣：
public static void main(String[] args) {
ThreadLocal threadLocal1 = new ThreadLocal();
threadLocal1.set("Hello");
ThreadLocal threadLocal2 = new ThreadLocal();
threadLocal2.set("Bye");
}
這樣一來，會發(fā)生什么情況呢击困？再次放出set的代碼涎劈，以免大家要往上翻很久：
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
threadLocal1，threadLocal2都調(diào)用了set方法阅茶，盡管threadLocal1和threadLocal2是不同的實(shí)例蛛枚，但是它們在同一個線程啊，所以getMap獲取的ThreadLocalMap是同一個脸哀，這樣就變成了在同一個ThreadLocalMap保存了多個數(shù)據(jù)坤候。
具體是怎么保存數(shù)據(jù)的，這個代碼就比較復(fù)雜了企蹭，包括的細(xì)節(jié)太多了白筹，我看的也不是很懂，只知道一個大概谅摄，我們先來看看Entry的定義把：
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
}
Entry又是ThreadLocalMap的靜態(tài)內(nèi)部類徒河，里面只有一個字段value，也就是說和HashMap是不同的送漠，沒有鏈表的概念顽照。
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
- 把table賦值給局部變量tab，這個table就是保存數(shù)據(jù)的字段，類型是Entry[]代兵；
- 獲取tab的長度賦值給len尼酿；
- 求出下標(biāo)i；
- 一個for循環(huán)植影，先根據(jù)第三步求出的下標(biāo)裳擎，從tab里獲取指定下標(biāo)的值e，如果e==null思币，就不會進(jìn)入這個for循環(huán)鹿响，也就是如果當(dāng)前的位置是空的，就直接進(jìn)入第五步谷饿；如果當(dāng)前的位置已經(jīng)有數(shù)據(jù)了惶我，判斷這個位置的ThreadLocal和我們即將要插入進(jìn)去的是不是同一個，如果是的話博投，用新值替換掉绸贡；如果不是的話，則尋找下一個空位毅哗；
- 把創(chuàng)建出來的Entry實(shí)例放入tab恃轩，這里
其中的細(xì)節(jié)有點(diǎn)多，看的有點(diǎn)迷糊黎做，但是最關(guān)鍵的應(yīng)該還算是看懂了叉跛。
get
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();//獲取當(dāng)前線程
ThreadLocalMap map = getMap(t);//傳入當(dāng)前線程，獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);//傳入ThreadLocal實(shí)例蒸殿，獲取Entry
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;//返回值
}
}
return setInitialValue();
}
- 獲取當(dāng)前線程筷厘；
- 獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap；
- 傳入ThreadLocal實(shí)例宏所，獲取Enrty酥艳；
- 返回值。
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
- 求出下標(biāo)i爬骤；
- 根據(jù)下標(biāo)i充石，從table中取出值，賦值給e霞玄；
- 如果e不為空骤铃，并且e持有的ThreadLocal實(shí)例和傳進(jìn)去的ThreadLocal實(shí)例是同一個，直接返回坷剧；
- 如果e為空惰爬，或者e持有的ThreadLocal實(shí)例和傳進(jìn)去的ThreadLocal實(shí)例不是同一個，則繼續(xù)往下找惫企。
小總結(jié)
set方法和get方法都分析完畢了撕瞧，我們來做一個小總結(jié)浅侨。我們在外面所使用的ThreadLocal更像是一個工具類挪圾，本身不保存任何數(shù)據(jù)撒轮，而真正的數(shù)據(jù)是保存在Thread實(shí)例中的汹来，這樣就天然的完成了線程數(shù)據(jù)的隔離。最后送上一張圖页畦，來幫助大家更好的理解ThreadLocal：
內(nèi)存泄露
我們再來看看Entry的定義：
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;
}
}
Entry繼承了WeakReference胖替，關(guān)于WeakReference是什么東西，不是本文的重點(diǎn)寇漫，大家可以自行查閱。WeakReference包裹了ThreadLocal殉摔，我們再來看Entry的構(gòu)造方法州胳，調(diào)用了super(k)，傳入了我們傳進(jìn)來的ThreadLocal實(shí)例逸月，也就是ThreadLocal被保存到了WeakReference對象中栓撞。這就導(dǎo)致了一個問題，當(dāng)ThreadLocal沒有強(qiáng)依賴碗硬，ThreadLocal會在下一次發(fā)生GC時被回收瓤湘，key是被回收了，但是value卻沒有被回收呀恩尾，所以就出現(xiàn)了Entry[]存在key為NULL弛说，但是value不為NULL的項(xiàng)的情況，要想回收的話翰意，可以讓創(chuàng)建ThreadLocal的線程的生命周期結(jié)束木人。但是在實(shí)際的開發(fā)中，線程有極大可能是和程序同生共死的冀偶，只要程序不停止醒第，線程就一直在蹦跶。所以我們在使用完ThreadLocal方法后进鸠，最好要手動調(diào)用remove方法稠曼，就像這樣：
public static void main(String[] args) {
ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal();
try {
threadLocal.set("Hello");
threadLocal.get();
} finally {
threadLocal.remove();
}
}
別忘了，最好把remove方法放在finally中哦客年。
InheritableThreadLocal
我們還是來看博客一開頭的例子：
public static void main(String[] args) {
ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
threadLocal.set("Hello");
System.out.println("當(dāng)前線程是：" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("在當(dāng)前線程中獲认挤：" + threadLocal.get());
new Thread(() -> System.out.println("現(xiàn)在線程是" + Thread.currentThread().getName() + "嘗試獲取：" + threadLocal.get())).start();
}
運(yùn)行結(jié)果：
當(dāng)前線程是：main
在當(dāng)前線程中獲攘抗稀：Hello
現(xiàn)在線程是Thread-0嘗試獲然柔：null
代碼后面new出來Thread是由主線程創(chuàng)建的，所以可以說這個線程是主線程的子線程榔至，在主線程往ThreadLocal set的值抵赢，在子線程中獲取不到，這很好理解，因?yàn)樗麄儾⒉皇峭粋€線程铅鲤，但是我希望子線程能繼承主線程的ThreadLocal中的數(shù)據(jù)划提。InheritableThreadLocal出現(xiàn)了，完全可以滿足這樣的需求：
public static void main(String[] args) {
ThreadLocal threadLocal = new InheritableThreadLocal();
threadLocal.set("Hello");
System.out.println("當(dāng)前線程是：" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("在當(dāng)前線程中獲刃舷怼：" + threadLocal.get());
new Thread(() -> System.out.println("現(xiàn)在線程是" + Thread.currentThread().getName() + "嘗試獲扰敉：" + threadLocal.get())).start();
}
運(yùn)行結(jié)果：
當(dāng)前線程是：main
在當(dāng)前線程中獲取：Hello
現(xiàn)在線程是Thread-0嘗試獲群痢：Hello
這樣就讓子線程繼承了主線程的ThreadLocal的數(shù)據(jù)伊履，說的更準(zhǔn)確些，是子線程繼承了父線程的ThreadLocal的數(shù)據(jù)款违。
那到底是如何做到的呢唐瀑？還是看代碼把。
public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {
protected T childValue(T parentValue) {
return parentValue;
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.inheritableThreadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
}
InheritableThreadLocal繼承了ThreadLocal插爹，并且重寫了三個方法哄辣，當(dāng)我們首次調(diào)用InheritableThreadLocal的set的時候，會調(diào)用InheritableThreadLocal的createMap方法赠尾，這就創(chuàng)建了ThreadLocalMap的實(shí)例力穗，并且賦值給inheritableThreadLocals，這個inheritableThreadLocals定義在哪里呢气嫁？和ThreadLocal的threadLocals一樣当窗，也是定義在Thread類中。當(dāng)我們再次調(diào)用set方法的時候寸宵，會調(diào)用InheritableThreadLocal的getMap方法超全，返回的也是inheritableThreadLocals，也就是把原先的threadLocals給替換掉了邓馒。
當(dāng)我們創(chuàng)建一個線程嘶朱，會調(diào)用Thread的構(gòu)造方法：
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
init方法比較長，我只復(fù)制出和我們要探究的問題相關(guān)的代碼：
Thread parent = currentThread();
if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
this.inheritableThreadLocals =
ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
- 獲取當(dāng)前線程光酣，此時當(dāng)前線程是父線程疏遏。
- 如果父線程的inheritableThreadLocals不為空，就跑到if中去救军。當(dāng)然這里肯定是不為空的财异，我們上面已經(jīng)說了，調(diào)用InheritableThreadLocal中的set方法唱遭，直接操作的是inheritableThreadLocals戳寸，if中做了什么，就是傳入了父線程的inheritableThreadLocals拷泽，創(chuàng)建了新的ThreadLocalMap疫鹊，賦值給Thead實(shí)例的inheritableThreadLocals袖瞻，這樣子線程就擁有了父線程的ThreadLocalMap，也就完成了ThreadLocal的繼承與傳遞拆吆。
這篇博客到這里就結(jié)束了聋迎，東西還是挺多的，但是都是挺重要的枣耀，特別是ThreadLocal的原因和產(chǎn)生內(nèi)存泄露的原因和避免的方法霉晕。
