深入理解ThreadLocal

墨蓝 2022-07-17 02:12 241阅读 0赞

http://my.oschina.net/clopopo/blog/149368

学习一个东西首先要知道为什么要引入它，就是我们能用它来干什么。所以我们先来看看ThreadLocal对我们到底有什么用，然后再来看看它的实现原理。
    
    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。
    我们从中摘出要点：
    
    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：
    
    public class ThreadLocalTest {
            
            //创建一个Integer型的线程本地变量
    	public static final ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>() {
    		@Override
    		protected Integer initialValue() {
    			return 0;
    		}
    	};
    	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    		Thread[] threads = new Thread[5];
    		for (int j = 0; j < 5; j++) {		
                   threads[j] = new Thread(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
                                            //获取当前线程的本地变量，然后累加5次
    					int num = local.get();
    					for (int i = 0; i < 5; i++) {
    						num++;
    					}
                                            //重新设置累加后的本地变量
    					local.set(num);
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "+ local.get());
    
    				}
    			}, "Thread-" + j);
    		}
    
    		for (Thread thread : threads) {
    			thread.start();
    		}
    	}
    }
    运行后结果：
    Thread-0 : 5
    Thread-4 : 5
    Thread-2 : 5
    Thread-1 : 5
    Thread-3 : 5
    
    我们看到，每个线程累加后的结果都是5，各个线程处理自己的本地变量值，线程之间互不影响。
    
    我们再来看一个例子：
    
    public class ThreadLocalTest {
    	private static Index num = new Index();
            //创建一个Index类型的本地变量 
    	private static ThreadLocal<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
    		@Override
    		protected Index initialValue() {
    			return num;
    		}
    	};
    
    	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    		Thread[] threads = new Thread[5];
    		for (int j = 0; j < 5; j++) {
    			threads[j] = new Thread(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
                                            //取出当前线程的本地变量，并累加1000次
    					Index index = local.get();
    					for (int i = 0; i < 1000; i++) {                                          
    						index.increase();
    					}
    					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "+ index.num);
    
    				}
    			}, "Thread-" + j);
    		}
    		for (Thread thread : threads) {
    			thread.start();
    		}
    	}
    
    	static class Index {
    		int num;
    
    		public void increase() {
    			num++;
    		}
    	}
    }
    执行后我们发现结果如下（每次运行还都不一样）：
    
    Thread-0 : 1390
    Thread-2 : 2390
    Thread-4 : 4390
    Thread-3 : 3491
    Thread-1 : 1390
    
    这次为什么线程本地变量又失效了呢？大家可以仔细观察上面代码自己先找一下原因。
    
    -----------------------------------------------低调的分割线-------------------------------------------
    
    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 Index num = new Index();
    	private static ThreadLocal<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
    		@Override
    		protected Index initialValue() {
    			return num;       // 注意这里，返回的是已经定义好的对象num，而不是new Index()
    		}
    	};
    
     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Index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<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
    		@Override
    		protected Index initialValue() {
    			return new Index(); //注意这里
    		}
    	};
    对象的拷贝图示：
    
      
    
    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这两个最常用的方法开始分析：
    
    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例子）
    
    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);
        }
    
    ThradLocal还有一个remove方法，让我们来分析一下:
    
    public void remove() {
             //获取当前线程的ThreadLocalMap对象
             ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
             //如果map不为空，则删除该本地变量的值
             if (m != null)
                 m.remove(this);
         }
    到这里大家应该对ThreadLocal变量比较清晰了，至于ThradLocalMap的实现细节这里就不在说了。大家有兴趣可以自己去看ThreadLocal的源码。</span>