关于java多线程浅析四：ThreadLocal

什么是ThreadLocal ?

乍一看,ThreadLocal这个单词还以为根据直译是”本地线程”，是一个线程？其实不然，其实ThreadLocal可以理解成一个工具，一个操作每个线程中都独有的map的入口。与同步机制不同，ThreadLocal提供了另一种针对多线程访问变量冲突问题的解决思路。同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。ThreadLocal的翻译成中文可以简单理解成“线程本地变量”，也就是每个线程所持有的局部变量。
简单代码示例：

public class TestThreadLocalB implements Runnable{
    //创建一个ThreadLocal 实例 
    private final static ThreadLocal numLocal = new ThreadLocal();
    public static void main(String[] args) {
        TestThreadLocalB tlB = new TestThreadLocalB();
        Thread t1 = new Thread(tlB,"t1");//创建线程t1
        Thread t2 = new Thread(tlB,"t2");//创建线程t2
        t1.start();
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        t2.start();
    }
    @Override
    public void run() {
        generateNum();//每个线程都创建一个随机数
    }
    private void generateNum(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" start 。。。");
        //产生一个随机数
        Random random = new Random();
        int num = random.nextInt(100);
        Number number = getNum();
        number.setNum(num);
        //setNum
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" set number is : "+number.getNum());
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //看一下同一个线程getNum是否是本线程setNum的值
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" read number is : "+number.getNum());
    }
    private Number getNum(){
        //先从ThreadLocal中获取，为空则新建
        Number number = (Number) numLocal.get();
        if(number == null){
            number = new Number();
            numLocal.set(number);
        }
        return number;
    }
}

Number 代码很简单，只有一个 int 类型的 num 变量。
某一次运行结果：

t1 start 。。。
t1 set number is : 93
t2 start 。。。
t2 set number is : 44
t1 read number is : 93
t2 read number is : 44

可以看出，每一个线程都能取出自己set的值。
那么ThreadLocal到底是怎么实现这个效果的呢？

ThreadLocal实现原理

其实，每一个Thread都维护一个ThreadLocalMap映射表。而这个映射表中的Entry的key指向的就是ThreadLocal，value存放的是具体的变量。
再来看一下ThreadLocal的源码：
get 方法源码：

    public T get() {
        //获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //获取当前线程维护的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                //（1） map不为空且map中的Entry不为空时，直接返回Entry.value
                return result;
            }
        }
        //（2） 1不成立则调用setInitialValue方法
        return setInitialValue();
    }

setInitialValue 方法源码：

    private T setInitialValue() {
        //初始化value值
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            //map为空则创建一个ThreadLocalMap，并初始化
            createMap(t, value);
        return value;
    }

再看一下set方法源码：

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

其实根据源码可以看到，ThreadLocal的实现原理很简单，一切都是依据Thread类型中维护的ThreadLocalMap而建立起来的。无论是get方法还是set方法都是先获取当前线程，在获取当前线程中维护的ThreadLocalMap，在针对这个map来进行操作。

关于ThreadLocalMap

关于ThreadLocalMap这个类可能稍微有一些解释不清，其实这个类是定义在了ThreadLocal类中。
ThreadLocal下：

但是注意，ThreadLocalMap只是定义在了ThreadLocal中，并不是ThreadLocalMap与Thread没有联系。看一下Thread源码就会知道：

再看看ThreadLocal中的getMap方法就能知道ThreadLocalMap与Thread之间的关系了：

还有createMap方法：

这里getMap和createMap方法中的 t.threadLocals 就是上图中Thread类中对ThreadLocalMap的引用。而ThreadLocal自身并没有ThreadLocalMap 的实例对象，ThreadLocal中用到的ThreadLocalMap对象都是从当前线程中获取的。