ThreadLocal详解

最新推荐文章于 2025-10-08 23:04:32 发布

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本文详细介绍了Java中的ThreadLocal和InheritableThreadLocal的实现原理及区别。ThreadLocal为每个线程提供独立的变量副本，避免了线程间的数据共享，而InheritableThreadLocal则允许子线程继承父线程的变量副本，实现线程间的数据传递。理解这两者在并发编程中的应用对于提升面试表现至关重要。

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/273602675?utm_source=wechat_session

在默认情况下，每个线程中的这两个变量都为null：

只有当线程第一次调用ThreadLocal的set方法或get方法时才会创建它们。

   public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

    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();
    }

getMap获取线程的threadLocals

 ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

setInitialValue初始化map

    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;
    }

总结下：在每个线程里都有 threadLocals 的成员变量，该变量的类型为ThreadLocalMap（实际上可以理解为定制的HashMap），其中key为我们所定义的ThreadLocal变量的this引用，value则为set方法传递的值。每个线程的本地变量存放在线程自己的成员变量threadLocals中，如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量会一直存在，故可能会造成内存溢出，故使用完毕后需要使用 remove() 方法删除threadLocals中的本地变量。

Threadlocal 不支持继承性

public class TestThreadLocal {

    //(1)创建线程变量
    public static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        //(2)赋值本地变量
        threadLocal.set("hello world");

        //(3)启动子线程
        new Thread(() -> {
            //(4)子线程输出线程变量的值
            System.out.println("thread:" + threadLocal.get());
        }).start();


        //(5)主线程输出线程变量的值
        System.out.println("main:" + threadLocal.get());

    }
}

输出结果如下：

输出结果说明：同一个 ThreadLocal 变量在父线程中被设置值后，在子线程中是获取不到的。

原因是：子线程里面调用get方法时，Thread t = Thread.currentThread() 代码是获取当前线程，当前线程是子线程，而调用set方法给threadLocal赋值的线程是main，两者是不同的线程，故子线程调用get方法取得的threadLocal值为null，main线程调用get方法取得的threadLocal值为“hello world”。

lnheritableThreadLocal 类

为了解决让子线程能够访问到父线程中的值的问题，lnheritableThreadLocal 应运而生。lnheritableThreadLocal 继承自 ThreadLocal，并提供了一个新特性：让子线程可以访问在父线程中设置的本地变量值。先来看下lnheritableThreadLocal 的实现：

public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {
      //(1)
    protected T childValue(T parentValue) {
        return parentValue;
    }
    //(2)
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
       return t.inheritableThreadLocals;
    }
    //(3)
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
}

通过查看 InheritableThreadLocal 的源码可知，lnheritableThreadLocal 继承了 ThreadLocal 类并重新了 childValue、getMap、createMap方法。

由（3）处代码可知，InheritableThreadLocal 重写了 createMap 方法，那么当第一次调用 InheritableThreadLocal 实例的set方法时，创建的就是当前线程的inheritableThreadLocals变量的实例而不再是threadLocals了。

由（2）处代码可知，InheritableThreadLocal 重写了 getMap 方法，那么调用InheritableThreadLocal 实例的get方法时，就是获取当前线程的inheritableThreadLocals变量的实例而不再是threadLocals。

那么（1）处代码是如何实现子线程可以访问在父线程中设置的本地变量值的？

这要从创建Thread的代码将起，打开Thread类的默认构造函数：

public Thread(Runnable target) {
        init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }
    private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize) {
        init(g, target, name, stackSize, null, true);
    }
    private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize, AccessControlContext acc,
                      boolean inheritThreadLocals) {
        ......
        //(4)获取当前线程
        Thread parent = currentThread();
        ......
        //(5)如果父线程的inheritableThreadLocals 变量不为null
        if (parent.inheritableThreadLocals != null)
        //(6)设置子线程中的 inheritableThreadLocals 变量
            this.inheritableThreadLocals =
                ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
         ......
    }

由（4）处代码，获取了当前线程（main函数所在的线程，即父线程）

这里可能有同学会有疑问，这里获取到的当前线程为何是父线程？
想一下，当我们new Thread()的时候，是不是在main()方法里执行的，所以当前执行创建Thread代码的线程是main线程，所以（4）处代码中currentThread()方法获取到的就是父线程啦！

由（5）处代码，判断main线程里的inheritableThreadLocals 是否为null，不为null时，则执行代码（6）。

由（6）处代码，我们来看看createInheritedMap()方法：

 static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {
        return new ThreadLocalMap(parentMap);
    }

在createInheritedMap方法中，使用父线程的inheritableThreadLocals变量作为构造函数创建了一个新的ThreadLocalMap对象，由（6）处:
this.inheritableThreadLocals=ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
知道将子线程的inheritableThreadLocals引用指向了这个新创建的ThreadLocalMap对象。

再看看 ThreadLocalMap(parentMap)构造函数

private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
            Entry[] parentTable = parentMap.table;
            int len = parentTable.length;
            setThreshold(len);
            table = new Entry[len];

            for (int j = 0; j < len; j++) {
                Entry e = parentTable[j];
                if (e != null) {
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();
                    if (key != null) {
                        //(7)调用了InheritableThreadLocal类重写的 childValue 方法
                        Object value = key.childValue(e.value);
                        Entry c = new Entry(key, value);
                        int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
                        while (table[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        table[h] = c;
                        size++;
                    }
                }
            }
        }

在构造函数中就是把父线程的inheritableThreadLocal变量的值复制到新的ThreadLocalMap对象中，（7）处代码实际上是调用了（1）处代码。

总结一下：InheritableThreadLocal实现子线程可以访问父线程的线程变量的实现原理如下：

InheritableThreadLocal通过重写createMap 和 getMap 方法让本地变量保存到了具体线程的inheritableThreadLocal变量中
线程通过调用inheritableThreadLocal实例的set或get方法时，就会创建当前线程的inheritableThreadLocal变量
当父线程创建子线程时，构造函数会把父线程中的inheritableThreadLocal变量里面的本地变量值复制一份保存到子线程的inheritableThreadLocal变量里

将最开始的代码作以下修改：

public class TestThreadLocal {

    //(1)创建线程变量
    public static InheritableThreadLocal<String> threadLocal = new InheritableThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        //(2)赋值本地变量
        threadLocal.set("hello world");

        //(3)启动子线程
        new Thread(() -> {
            //(4)子线程输出线程变量的值
            System.out.println("thread:" + threadLocal.get());
        }).start();


        //(5)主线程输出线程变量的值
        System.out.println("main:" + threadLocal.get());

    }
}

结果就变成了：