java 独立存储线程变量技术——ThreadLocal

在多线程编程中，我们使用锁（synchronized，ReentrantLock等）来确保多个线程共享的变量能被安全的访问。但是还有一些变量，我们希望每一个线程都能保存一份独立的值而不受其他线程的影响。这个时候我们就需要用到ThreadLocal这个类来完成相关操作。

ThreadLocal的作用

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现有两个线程A和B，它们都能访问到一个变量str_c。在不经过任何处理时，str_c的值可以被A和B两个线程访问和修改。使用了ThreadLocal后将str_c作为一个线程的局部变量，对于每一个线程，通过ThreadLocal方法得到的str_c的值是该线程的str_c的值，这个值不会被其他线程修改，其他线程只能修改他们自己的str_c的值。在并发的代码中的任何一点我们都能访问ThreadLocal而获取str_c的值，但是获取的值是该线程的值，其他线程的str_c在这个时候被“屏蔽”了，一般情况下我们看不见且访问不到。

在工作项目中举例。在Java ee的springMVC框架中，我们在封装Controller时习惯于将request、response两个对象通过ThreadLocal封装，因为这两个对象在每个线程中的内容肯定不同，通过这种技术，可以确保在高并发情况下的安全性。

ThreadLocal与Synchronized比较

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网上的部分博客对ThreadLocal与Synchronized的概念混淆不清。ThreadLocal的作用并不是取代Synchronized，这两种方法从初衷上就完全不同。不仅仅是初衷，这两种技术的实现方法也不同，不存在可比性。

ThreadLocal： 将每个线程持有的变量安全的存放起来，不被其他线程访问。
synchronized： 让多个线程并发访问的变量能够安全的被访问和操作。

ThreadLocal使用方法

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ThreadLocal类本身并不是线程，这个类是用来创建并存放线程局部变量的。

方法	含义
initialValue	返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。线程第一次调用get方法前会调用此方法。
get	返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。
set	将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。
remove	移除此线程局部变量当前线程的值。

ThreadLocal 提供了线程局部变量并且通常是类中的 private static 字段，它们希望将状态与某一个线程（例如，用户 ID 或事务 ID）相关联。 例如，以下类通过重写initialValue方法生成对每个线程唯一的局部标识符。线程 ID 是在第一次调用 UniqueThreadIdGenerator.getCurrentThreadId() 时分配的，在后续调用中不会更改。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

 public class UniqueThreadIdGenerator {

     private static final AtomicInteger uniqueId = new AtomicInteger(0);

     private static final ThreadLocal < Integer > uniqueNum = 
         new ThreadLocal < Integer > () {
             @Override protected Integer initialValue() {
                 return uniqueId.getAndIncrement();
         }
     };

     public static int getCurrentThreadId() {
         return uniqueNum.get();
     }
 } 

ThreadLocal实现原理

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ThreadLocal的实现方法有些复杂，愚以为这个技术可以不采用Map的方式来存放，其他的键值对存放方式也未尝不可，但是jdk采用的方法肯定有他正确的道理。ThreadLocal存放局部变量的底层实现主要涉及到三个类：ThreadLocal、ThreadLocalMap、Thread。

ThreadLocal：
在这个类中，每当调用set方法传入值时先获得当前线程Thread对象，在Thread对象的私有变量中查看ThreadLocal.ThreadLocalMap类对象是否为空，如果不为空，将值和threadLocal的this对象传入ThreadLocalMap类中。

ThreadLocalMap：
ThreadLocalMap是TheadLocal的静态内部类，这也能够解释为什么在Thread类中ThreadLocalMap可以通过ThreadLocal.ThreadLocalMap（外部类.内部类）的方式声明。此类是一个简单实现的Map映射表和java集合框架中的Map类无关系。当有值传入时将线程对象和值以键值对的形式存放。

Thread：
这个类是当前线程类，其中包含ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的私有变量，用该变量来存放本线程的局部变量，从而达到其他线程不能访问的效果。