Java ThreadLocal原理与源码

1.  开始

Java中的ThreadLocal类很有意思，它提供了一种线程中的局部变量机制。这种变量与一般的变量不同，一般的变量是在多线程环境中（通过get或set方法）拷贝一份副本，而threadlocal变量是独立的线程内部拷贝。一般，ThreadLocal的实例常常用作private static类型，用于关联一个线程和线程上下文。ThreadLocal内部提供了一个ThreadLocalMap，用于保存local局部变量。创建ThreadLocal时，会先创建ThreadLocalMap, 而创建ThreadLocalMap是以当前的ThreadLocal对象为key，local变量为值，最后ThreadLocalMap会绑定到当前线程内部中的threadLocals。因此获取local 变量时，是直接获取当前线程内部中的ThreadLocalMap。由于线程在JVM中是独立调度的，每个线程都有自己的上下文，因此内部的变量都是独立的。概括言之：ThreadLocal提供线程内部的局部变量，在本线程中随用随取，隔离其他线程。

2.  用代码说明

JDK中的源码说明中，提供了一个示例，看看设计者是怎么理解与使用的。

public class UniqueThreadIdGenerator {

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

    private static final ThreadLocal threadId  = new ThreadLocal(){
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return uniqueId.getAndIncrement();
        }
    }
    /** Returns the current thread's unique ID, assigning it if necessary  */
    public static int get() {
        return threadId.get();
   
    public static void main(String[] args) {
        int id =  get();
        System.out.println("CID: " + id);
    }
}

新建ThreadLocal 变量时，可以直接覆盖initialValue()方法，用于初始化一个预设值，也可以调用set()方法在后期运行中设定值。想要获取绑定在线程中的变量的值时，直接调用get()方法即可。

3.  源码分析

1.    先分析在创建ThreadLocal变量时，覆写了initialValue方法的场景。

直接瞅瞅get()方法

源码上的注释为：返回当前thread-local变量在当前线程中的副本，如果这个变量在当前线程中还没有值，则将返回其在初始化方法中设定的初始值。

 

public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread(); //获取当前线程
        ThreadLocalMap map = getMap(t); //获取当前线程内部的threadlocalmap副本
        if (map != null) { //第一次调用时，map返回为空
            ThreadLocalMap.Entry e =map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue(); //map为空，因此调用设定初始化方法
}
ThreadLocalMap getMap(Threadt) {
        return t.threadLocals; //线程内部中的threadlocalmap
}
 
private T setInitialValue() {
        T value = initialValue(); //运行时，调用实际覆写的方法，返回初始值
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) //在本场景中，map仍然为空
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value); //map为空，则创建map
        return value; //返回设定的初始值
}
 
voidcreateMap(Thread t, T firstValue) {
              //以当前的ThreadLocal对象为key,初始值为value，并绑定到当前线程中，赋值给当前线程中的threadLocals，下次获取时即不为空
        t.threadLocals = newThreadLocalMap(this, firstValue);
}

因此，调用get方法时的流程简要如下：

2.   再来看看直接调用set方法的场景。

类似的，也是从当前线程中获取到threadlocalmap,如果不为空则设置值，如果为空则创建map，然后再设置值。

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

4.  还有InheritableThreadLocal

InheritableThreadLocal 接继承自ThreadLocal. 使用InheritableThreadLocal，子线程便可以继承父线程中的所有的Local变量值。接继承自ThreadLocal. 使用InheritableThreadLocal，子线程便可以继承父线程中的所有的Local变量值。

创建InheritableThreadLocal时，会覆盖createMap方法，并关联到线程Thread中的inheritableThreadLocals属性。

使用时直接实例InheritableThreadLocal即可，如:

InheritableThreadLocal inheritableLocal= new InheritableThreadLocal();

在执行创建ThreadLocalMap时会调用子类的createMap方法，其方法如下：

void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

创建子线程时，从当前线程实例化一个thread时，其中的一段代码为：

if(parent.inheritableThreadLocals != null)
            this.inheritableThreadLocals =
               ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);

子线程会可以获取到父线程中ThreadLocalMap，因此继承父线程中的所有local变量值。