深入理解ThreadLocal

为什么要引入它，能用它来干什么，暂且按下不表，待整篇下来，我们再做总结，先来看看ThreadLocal对我们到底有什么用以及它的实现原理

ThreadLocal从名字上看是本地线程的意思，其实它并不是一个线程，而是线程本地变量。也许将其命名为ThreadLocalVariable更为合适。ThreadLocal功能非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，是Java中一种较为特殊的线程绑定机制，使每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其它线程的副本冲突。记住这几点就行：1. 每个线程都有自己局部变量，都有一个独立于其他线程的上下文来保存该变量，自己的本地变量对其他线程不可见；2. ThreadLocal可以给一个初始值，而每个线程都会获得这个初始化值的一个副本，这样才能保证不同的线程都有一份拷贝，注意这里是初始值；3. ThreadLocal不是用于解决共享变量问题的，不是为了协调线程同步而存在，而是为了方便每个线程处理自己的状态而引入的一个机制。

ThreadLocal本质上是一个类似Map的结构，以各个线程对象本身为Key，将其值存放进去。这个结构在所有的基于同一个线程类创建出来的线程中被共享所有，就是只有一个，单例的对象。虽然，使用get()方法来读取其值，但是默认的是使用当前的thread对象做为Key来检索的。

我们先来看一个简单的例子

package test;

/**
 * @author quyang.ybb
 *
 */
public class Index {
    int num;

    public int increase() {
	return num++;
    }
}

package test;

/**
 * @author quyang.ybb demo应该体现出思考的东西
 */
public class ThreadLocalTest {

    //第一种初始化
    private static ThreadLocal<Index> threadLocal = new ThreadLocal<Index>() {

	@Override
	protected Index initialValue() {
	    return new Index();
	}
    };

//    //第二种初始化
//    private static Index num = new Index();
//    
//    private static ThreadLocal<Index> threadLocal = new ThreadLocal<Index>() {
//        @Override
//        protected Index initialValue() {
//            return num;
//        }
//    };

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception{
	Thread[] threads = new Thread[5];
	for (int i=0;i<5;i++) {
	    threads[i] = new Thread(new Runnable() {
	        
	        @Override
	        public void run() {
	    	    Index index = threadLocal.get();
	    	    for (int j=0;j<1000;j++) {
	    		index.increase();
	    	    }
	    	    System.out.println("线程名：" + Thread.currentThread().getName() + "; num = " + index.num);
	        }
	    });
	}
	for (Thread thread : threads) {
	    thread.start();
	}
    }
}

第一种初始化得到的结果为：
线程名：Thread-4; num = 1000
线程名：Thread-1; num = 1000
线程名：Thread-3; num = 1000
线程名：Thread-0; num = 1000
线程名：Thread-2; num = 1000
第二种初始化得到的结果为：
线程名：Thread-0; num = 1000
线程名：Thread-1; num = 2000
线程名：Thread-2; num = 3000
线程名：Thread-3; num = 4873
线程名：Thread-4; num = 5000

其中第二种初始化运行得到的结果每次都不一样，为何线程本地变量失效了呢？我们分析一下原因：

在第二种初始化方法中，通过覆盖initialValue函数来给我们的ThreadLocal提供初始值，每个线程都会获取这个初始值的一个副本。而现在我们的初始值是一个定义好的一个对象，num是这个对象的引用.换句话说我们的初始值是一个引用。引用的副本和引用指向的不就是同一个对象吗？

在第一种初始化中，我们是给每一个线程都保存一个Index对象，创建的是对象的副本而不是对象引用的副本

大概明白ThreadLocal本地变量的含义，接下来看看ThreadLocal的源码，从内部来揭示它的神秘面纱。

从ThreadLocal的get和set这两个最常用的方法开始分析：

public T get() {
    //获取当前执行线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //取得当前线程的ThreadLocalMap实例
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //如果map不为空，说明该线程已经有了一个ThreadLocalMap实例
    if (map != null) {
        //map中保存线程的所有的线程本地变量，我们要去查找当前线程本地变量
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        //如果当前线程本地变量存在这个map中，则返回其对应的值
        if (e != null)
            return (T)e.value;
    }
    //如果map不存在或者map中不存在当前线程本地变量，返回初始值
    return setInitialValue();
}

ThreadLocal有一个内部类ThreadLocalMap,这个类的实现占了整个ThreadLocal类源码的一多半。这个ThreadLocalMap的作用非常关键，它就是线程真正保存线程自己本地变量的容器。每一个线程都有自己的单独的一个ThreadLocalMap实例，其所有的本地变量都会保存到这一个map中。强调一下：Thread对象都有一个ThreadLocalMap类型的属性threadLocals，这个属性是专门用于保存自己所有的线程本地变量的。这个属性在线程对象初始化的时候为null。所以对一个线程对象第一次使用线程本地变量的时候，需要对这个threadLocals属性进行初始化操作。注意要区别 “线程第一次使用本地线程变量”和“第一次使用某一个线程本地线程变量”。

getMap方法：

//直接返回线程对象的threadLocals属性
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

setInitialValue方法：

private T setInitialValue() {
    //获取初始化值，initialValue 就是我们之前覆盖的方法
    T value = initialValue();
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //如果map不为空，将初始化值放入到当前线程的ThreadLocalMap对象中
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        //当前线程第一次使用本地线程变量，需要对map进行初始化工作
        createMap(t, value);
    //返回初始化值
    return value;
}

我们再来看一下set方法：

public void set(T value) {
     Thread t = Thread.currentThread();
     ThreadLocalMap map = getMap(t);
 
     if (map != null)
         map.set(this, value);
     //说明线程第一次使用线程本地变量(注意这里的第一次含义)
     else
         createMap(t, value);
 }

ThradLocal还有一个remove方法，让我们来分析一下：

public void remove() {
     //获取当前线程的ThreadLocalMap对象
     ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
     //如果map不为空，则删除该本地变量的值
     if (m != null)
         m.remove(this);
 }

ThradLocalMap的实现细节这里就不再说了，有兴趣可以自己继续去看ThreadLocal的源码。

参考资料：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html