ThreadLocal详解

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什么是ThreadLocal

ThreadLocal在《Java核心技术 卷一》中被称作线程局部变量（PS：关注公众号itweknow，回复“Java核心技术”获取该书），我们可以利用ThreadLocal创建只能由同一线程读和写的变量。因此就算两个线程正在执行同一段代码，并且这段代码具有对ThreadLocal变量的引用，这两个线程也无法看到彼此的ThreadLocal变量。

简单使用

1.创建ThreadLocal，只需要new一个ThreadLocal对象即可。

private ThreadLocal myThreadLocal = new ThreadLocal();

2.设置值

myThreadLocal.set("I'm a threadLocal");

3.获取值

myThreadLocal.get();

4.清除，有些情况下我们在使用完线程局部变量后，需要即时清理，否则会导致程序运行错误。

myThreadLocal.remove();

假如我们现在要利用AOP打印方法的耗时，这个时候我们需要在@Before方法中记录方法开始执行的时间，然后在@AfterReturning方法中打印出来耗时时间。我们写在切面里的方法可能慧在多个线程中同时执行，所以此时我们需要ThreadLocal来记录开始执行的时间。

1.我们需要在切面类中定义一个ThreadLocal。

private ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();

2.在@Before方法中记录开始时间。

long startTime = System.currentTimeMillis();
threadLocal.set(startTime);

3.在@AfterReturning方法中取出开始时间，并计算耗时。

long startTime = threadLocal.get();
long spendTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
threadLocal.remove();
System.out.println("方法执行时间：" + spendTime + "ms");

这里只是借这个场景和大家一起熟悉一下ThreadLocal的用法，整个打印方法耗时的实现你可以在Github上找到，如果你想了解AOP可以参考这篇文章《使用 Spring Boot AOP 实现 Web 日志处理和分布式锁》。

原理解析

其实ThreadLocal是个数据结构，下面我们就一起通过源码来剖析一下ThreadLocal的运行原理。

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();
}

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

上面是ThreadLocal的get()和set()方法的源码，可以看到ThreadLocal是将值存放在ThreadLocalMap中。其实在每个线程中都维护着一个threadLocals变量（ThreadLocalMap类型），当使用set()方法的时候实际上是将值存在当前线程的threadLocals中的，调用get()方法也是从当前线程中取值的，这样就做到了线程间的隔离。
看到这里想必你也奇怪，在设置值和取值的时候都没有任何与key有关的东西，那么当一个线程有多个ThreadLocal的时候是如何做到一一对应的呢？那我们就一起来看下这个ThreadLocalMap类吧。

static class ThreadLocalMap {
    /**
     * The initial capacity -- MUST be a power of two.
     */
    private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

    /**
     * The table, resized as necessary.
     * table.length MUST always be a power of two.
     */
    private Entry[] table;

    /**
     * The number of entries in the table.
     */
    private int size = 0;

    /**
     * The next size value at which to resize.
     */
    private int threshold; // Default to 0
}

由上面可见在ThreadLocalMap中维护着table，size以及threshold三个属性。table是一个Entry数组主要用来保存具体的数据，size是table的大小，而threshold这表示当table中元素数量超过该值时，table就会扩容。了解了ThreadLocalMap的结构之后，我们就来看下其set方法吧。

private void set(ThreadLocal key, Object value) {

    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

    for (Entry e = tab[i];
        e != null;
        e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        ThreadLocal k = e.get();

        if (k == key) {
            e.value = value;
            return;
        }

        if (k == null) {
            replaceStaleEntry(key, value, i);
            return;
        }
    }

    tab[i] = new Entry(key, value);
    int sz = ++size;
    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
        rehash();
}

通过上面的代码分析得出，整个的设值过程如下：

1. 通过ThreadLocal的threadLocalHashCode值定位到table中的位置i。
2. 如果table中i这个位置是空的，那么就新创建一个Entry对象放置在i这个位置。
3. 如果table中i这个位置不为空，则取出来i这个位置的key。
4. 如果这个key刚好就是当前ThreadLocal对象，则直接修改该位置上Entry对象的value。
5. 如果这个key不是当前TreadLocal对象，则寻找下一个位置的Entry对象，然后重复上述步骤进行判断。

对于get方法也是同样的原理从ThreadLocalMap中获取值。那么ThreadLocal是如何生成threadLocalHashCode值的呢？

public class ThreadLocal {
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }
}

可见我们在初始化一个ThreadLocal对象的时候都为其会生成一个threadLocalHashCode值，每初始化一个ThreadLocal该值就增加0x61c88647。这样就可以做到每个ThreadLocal在ThreadLocalMap中找到一个存储值的位置了。

结束语

在文章的最后分享一次之前遇到的一个与ThreadLocal有关的坑，有一次在写分页的时候使用了PageHeler插件，引包的时候错误地引用了MybatisPlus下的PagerHelper，而MybatisPlus下的PageHelper在ThreadLocal中存储了SQL分页信息在使用之后没有移除，所以执行了分页的SQL之后在当前线程中执行的SQL都会出现问题。所以大家在使用ThreadLocal的过程中千万要注意在适当的时候需要清除。本文主要介绍了Java中的线程局部变量ThreadLocal的使用，并且和大家一起稍微了解了一下源码。希望对大家能够有所帮助。

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