深入学习理解(8):java-ThreadLocal详解

导读
首先，ThreadLocal 不是用来解决共享对象的多线程访问问题的，一般情况下，通过ThreadLocal.set() 到线程中的对象是该线程自己使用的对象，其他线程是不需要访问的，也访问不到的。各个线程中访问的是不同的对象。

另外，说ThreadLocal使得各线程能够保持各自独立的一个对象，并不是通过ThreadLocal.set()来实现的，而是通过每个线程中的new 对象 的操作来创建的对象，每个线程创建一个，不是什么对象的拷贝或副本。通过ThreadLocal.set()将这个新创建的对象的引用保存到各线程的自己的一个map中，每个线程都有这样一个map，执行ThreadLocal.get()时，各线程从自己的map中取出放进去的对象，因此取出来的是各自自己线程中的对象，ThreadLocal实例是作为map的key来使用的。

如果ThreadLocal.set()进去的东西本来就是多个线程共享的同一个对象，那么多个线程的ThreadLocal.get()取得的还是这个共享对象本身，还是有并发访问问题。

ThreadLocal是什么？有什么用？怎么用？
1。ThreadLocal是什么
带着这样的问题我们来学习一下java并发编程中的一个重要的角色分子ThreadLocal。
早在JDK 1.2的版本中就提供Java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。

当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

从线程的角度看，目标变量就象是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。

所以，在Java中编写线程局部变量的代码相对来说要笨拙一些，因此造成线程局部变量没有在Java开发者中得到很好的普及。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：

void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。

public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

public void remove()将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。

protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal。API方法也相应进行了调整，新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。
有什么用？
ThreadLocal如果单纯从名字上来看像是“本地线程"这么个意思，只能说这个名字起的确实不太好，很容易让人产生误解，ThreadLocalVariable（线程本地变量）应该是个更好的名字。我们先看一下官方对ThreadLocal的描述
该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。这些变量不同于它们的普通对应物，因为访问某个变量（通过其 get 或 set 方法）的每个线程都有自己的局部变量，它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 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。
**1、**每个线程都有自己的局部变量

每个线程都有一个独立于其他线程的上下文来保存这个变量，一个线程的本地变量对其他线程是不可见的（有前提，后面解释）

**2、**独立于变量的初始化副本

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。

**3、**状态与某一个线程相关联

ThreadLocal 不是用于解决共享变量的问题的，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，理解这点对正确使用ThreadLocal至关重要
我们先看一个简单的例子：

package concurrent;

import java.util.Locale;

public class ThreadLocalDemo {
	private static ThreadLocal local=new ThreadLocal(){
		@Override
		protected Integer initialValue() {
			return 0;//初始值
		}
	};
	
	public static void main(String[] args) {
		Thread[] threads=new Thread[3];
		for(int i=0;i<3;i++){
			threads[i]=new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
                 int mun=local.get();
                 for(int j=0;j<10;j++){
                	 mun=mun+1;
                 }
                 local.set(mun);
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==="+local.get());
					
				}
			});
		}
		for(Thread t:threads){
			t.start();
		}
           
	}
	

}

运行结果

Thread-3===10
Thread-2===10
Thread-1===10

我们看到，每个线程累加后的结果都是10，各个线程处理自己的本地变量值，线程之间互不影响。
下面我们再来看一个栗子

package concurrent;

import java.util.Locale;

public class ThreadLocalDemo {
	private static NumberList numlist=new NumberList();
	private static ThreadLocal local=new ThreadLocal(){
		@Override
		protected NumberList initialValue() {
			return numlist;//初始值
		}
	};
	
	public static void main(String[] args) {
		Thread[] threads=new Thread[3];
		for(int i=0;i<3;i++){
			threads[i]=new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
                 NumberList list=local.get();
                for(int j=0;j<1000;j++){
                	 list.init();                
                	 }
                local.set(list);
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==="+local.get().num);
				//	
				}
			});
		}
		for(Thread t:threads){
			t.start();
		}
           
	}
	
 static class NumberList{
   int num;
   public void init(){
	   num++;
   }
}
}

运行结果每次都不会一样
第一次

Thread-3===2000
Thread-2===2000
Thread-1===3000

第二次

Thread-1===1372
Thread-3===2873
Thread-2===2774

让我们再来回味一下 “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” 这句话。“初始值的副本。。。”，貌似想起点什么。我们再来看一下上面代码中定义ThreadLocal的地方

	private static ThreadLocal local=new ThreadLocal(){
		@Override
		protected NumberList initialValue() {
			return numlist;//初始值已经定义好的的
//			return new NumberList();每次都new一下
		}
	};

上面代码中，我们通过覆盖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？

如果我们想给每一个线程都保存一个NumberList 对象应该怎么办呢？那就是创建对象的副本而不是对象引用的副本：

	private static ThreadLocal local=new ThreadLocal(){
		@Override
		protected NumberList initialValue() {
//			return numlist;//初始值已经定义好的的
		return new NumberList();//每次都new一下
		}
	};

现在我们应该能明白ThreadLocal本地变量的含义了吧。接下来我们就来看看ThreadLocal的源码，从内部来揭示它的神秘面纱。

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。现在就让我们从ThreadLocal的get和set

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();
    }

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：（看完后再回顾一下之前的那个栗子）

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);
    }

小结
ThreadLocal是解决线程安全问题一个很好的思路，它通过为每个线程提供一个独立的变量副本解决了变量并发访问的冲突问题。在很多情况下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步机制解决线程安全问题更简单，更方便，且结果程序拥有更高的并发性。