ThreadLocal的实现原理

概述

ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类，如果你创建了一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的线程都会有这个变量的本地副本。它主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射，各个线程之间的变量不互相干扰，在高并发场景下，可以实现无状态的调用，适合于各个线程依赖不同的变量值的操作场景。

类图

Thread类中有内部类ThreadLocalMap，它类型是HashMap。threadLocals变量默认为null，只有当对threadLocal对象进行set和put时，实际操作的是thread对象中的threadLocals，具体原因往下看ThreadLocal源码。

源码分析

首先是ThreadLocal中的set方法

    public void set(T value) {
        //获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        //获取thread对象中的threadLocals
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        //如果map不为null进行添加
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            //为null创建一个threadLocals
            createMap(t, value);
    }

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

getMap的作用就是获取线程自己的变量threadLocals，threadLocal被绑定到线程的成员变量上。

当getMap不为null时，就把value设置到threadLocals中，其中key是当前ThreadLocal实例对象的引用，value是通过set设置的值；所以在threadLocals中可以关联多个ThreadLocal变量。

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

当getMap为null时，说明第一次调用set方法，会创建当前线程的threadLocals变量。

所以，ThreadLocal的set方法操作的是Thread对象中threadLocals，ThreadLocal对象只是作为一个工具壳而已。

 

ThreadLocal的get方法

    public T get() {
        //获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        //获取线程对象中的threadLocals
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        //如果map不为空，获取以threadLocal为键的值
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        //如果threadLocals为空或者e为null，初始化当前线程的threadLocals变量
        return setInitialValue();
    }

    private T setInitialValue() {
        //value为null
        T value = initialValue();
        //获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        //获取线程的threadLocals
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

如果getMap为null，会创建当前线程的threadLocals变量，并添加ThreadLocal对象实例引用为键，null为值；如果不为null，那么就添加threadLocal为键，null为值。

 

总结

在每个线程内都有一个threadLocals的成员变量，它是HashMap类型的，其中key是ThreadLocal对象的实例引用，value则是自己添加的值。每个线程的本地变量就存放在threadLocals中，因为threadLocals可以关联多个ThreadLocal对象实例，如果在使用完后不删除，有可能会导致内存溢出。

另外，threadLocal无法实现子线程访问父线程的本地变量，InheritableThreadLocal就可以在子线程创建时将父线程中的inheritableThreadLocals变量拷贝到子线程中实现访问，但是仅仅只是拷贝，当父线程修改inheritableThreadLocals中的变量将不能同步到子线程的inheritableThreadLocals中。