ThreadLocal模式的实现机理

在早期的JDK版本中，提供了一种解决多线程并发问题的方案：java.lang.ThreadLocal类。ThreadLocal类在维护变量时，实际使用了当前线程中的一个叫做ThreadLocalMap的独立副本，每个线程可以独立修改属于自己的副本而不会相互影响，从而隔离了线程和线程，避免了线程访问实例变量发生冲突的问题。

public class Thread implements Runnable{

    //这里省略了许多其他代码
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

    @Override
    public void run() {

    }
}

这是JDK中Thread源码的一部分，从中我们可以看出ThreadLocalMap跟随当前的线程而存在。不同的线程Thread拥有不同的ThreadLocalMap的本地实例变量，这也就是“副本”的含义。接下来看看ThreadLocal.ThreadLocalMap是如何定义的，以及ThreadLocal如何来操作它

public class ThreadLocal<T> {

     //这里省略了许多代码

     //将value的值保存到当前线程的本地变量中
     public void set(T value){
        //获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //调用getmap方法获取当前线程中的本地变量ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        //如果ThreadLocalMap已经存在，直接使用
        if(map != null){
            //以当前的ThreadLocal的实力作为key,存储于当前线程的ThreadLocalMap中
            //如果当前线程中定义了多个不同的ThreadLocal的实力，则它们会作为不同的key进行存储互不干扰
            map.set(this, value);
        }else {
            //如果ThreadLocalMap不存在，则为当前线程创建一个新的
            creatMap(t, value);
        }
     }

      //获取当前线程中以当前ThreadLocal实例为key的变量值
      public T get(){
        //获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //获取当前线程中的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if(map != null){
            //获取当前线程中以当前ThreadLocal实例为key的变量值
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if(e != null)
                return (T)e.value;
        }
            //当map不存在时，设置初始值
            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;
       }
        //从当前线程中获取与之对应的ThreadLocalMap        ThreadLocalMap getMap(Thread d){            return t.threadLocals;        }        //创建当前线程中的ThreadLocalMap        void creatMap(Thread t, T firstValue){            //调用构造函数生成当前线程中的ThreadLocalMap            t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);        }        //ThreadLocalMap的定义        static class ThreadLocalMap{            //这里省略了许多代码        }    }}

从上述代码中，我们看到了ThreadLocal类的大致结构和进行ThreadLocalMap的操作。我们可以得出以下结论：

1：ThreadLocalMap变量属于线程的内部属性，不同的线程拥有完全不同的ThreadLocalMap变量。

2：线程中的ThreadLocalMap变量的值实在ThreadLocal对象进行set或者get操作的时候创建的。

3：在创建ThreadLocalMap之前，会首先检查当前线程中的ThreadLocalMap变量是否已经存在，如果不存在则创建一个；如果存在，则使用当前线程已创建的ThreadLocalMap。

4：使用当前线程的ThreadLocalMap的关键在于使用当前ThreadLocal的实力作为key进行存储。

ThreadLocal模式至少从两个方面完成了数据访问隔离，即横向隔离和纵向隔离。有了横向和纵向两种不同的隔离方式，ThreadLocal模式就能真正地做到线程安全：

1：纵向隔离——线程与线程之间的数据访问隔离。这一点由线程的数据结构保证。因为每个线程在进行对象访问时，访问的都是各个线程自己的ThreadLocalMap；

2：横向隔离——同一线程中，不同的ThreadLocal实例操作对象之间相互隔离。这一点由ThreadLocalMap在存储时采用当前ThreadLocal的实例作为key来保证。