深入理解ThreadLocal
來(lái)源：程序員人生 發(fā)布時(shí)間：2015-03-12 09:14:52 閱讀次數(shù)：4692次
學(xué)習(xí)1個(gè)東西首先要知道為何要引入它，就是我們能用它來(lái)干甚么。所以我們先來(lái)看看ThreadLocal對(duì)我們到底有甚么用，然后再來(lái)看看它的實(shí)現(xiàn)原理。
ThreadLocal如果單純從名字上來(lái)看像是“本地線(xiàn)程"這么個(gè)意思，只能說(shuō)這個(gè)名字起的確切不太好，很容易讓人產(chǎn)生誤解，ThreadLocalVariable（線(xiàn)程本地變量）應(yīng)當(dāng)是個(gè)更好的名字。我們先看1下官方對(duì)ThreadLocal的描寫(xiě)：
該類(lèi)提供了線(xiàn)程局部 (thread-local) 變量。這些變量不同于它們的普通對(duì)應(yīng)物，由于訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)變量（通過(guò)其 get 或 set 方法）的每一個(gè)線(xiàn)程都有自己的局部變量，它獨(dú)立于變量的初始化副本。ThreadLocal 實(shí)例通常是類(lèi)中的 private static 字段，它們希望將狀態(tài)與某1個(gè)線(xiàn)程（例如，用戶(hù) ID 或事務(wù) ID）相干聯(lián)。
我們從中摘出要點(diǎn)：
1、每一個(gè)線(xiàn)程都有自己的局部變量
每一個(gè)線(xiàn)程都有1個(gè)獨(dú)立于其他線(xiàn)程的上下文來(lái)保存這個(gè)變量，1個(gè)線(xiàn)程的本地變量對(duì)其他線(xiàn)程是不可見(jiàn)的（有條件，后面解釋?zhuān)?/p>
2、獨(dú)立于變量的初始化副本
ThreadLocal可以給1個(gè)初始值，而每一個(gè)線(xiàn)程都會(huì)取得這個(gè)初始化值的1個(gè)副本，這樣才能保證不同的線(xiàn)程都有1份拷貝。
3、狀態(tài)與某1個(gè)線(xiàn)程相干聯(lián)
ThreadLocal 不是用于解決同享變量的問(wèn)題的，不是為了調(diào)和線(xiàn)程同步而存在，而是為了方便每一個(gè)線(xiàn)程處理自己的狀態(tài)而引入的1個(gè)機(jī)制，理解這點(diǎn)對(duì)正確使用ThreadLocal相當(dāng)重要。
我們先看1個(gè)簡(jiǎn)單的例子：
public class ThreadLocalTest {
//創(chuàng)建1個(gè)Integer型的線(xiàn)程本地變量
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() {
//獲得當(dāng)前線(xiàn)程的本地變量，然后累加5次
int num = local.get();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
num++;
}
//重新設(shè)置累加后的本地變量
local.set(num);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "+ local.get());
}
}, "Thread-" + j);
}
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
}
}
運(yùn)行后結(jié)果：
Thread-0 : 5
Thread⑷ : 5
Thread⑵ : 5
Thread⑴ : 5
Thread⑶ : 5
我們看到，每一個(gè)線(xiàn)程累加后的結(jié)果都是5，各個(gè)線(xiàn)程處理自己的本地變量值，線(xiàn)程之間互不影響。
我們?cè)賮?lái)看1個(gè)例子：
public class ThreadLocalTest {
private static Index num = new Index();
//創(chuàng)建1個(gè)Index類(lèi)型的本地變量
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() {
//取出當(dāng)前線(xiàn)程的本地變量，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++;
}
}
}
履行后我們發(fā)現(xiàn)結(jié)果以下（每次運(yùn)行還都不1樣）：
Thread-0 : 1390
Thread⑵ : 2390
Thread⑷ : 4390
Thread⑶ : 3491
Thread⑴ : 1390
這次為何線(xiàn)程本地變量又失效了呢？大家可以仔細(xì)視察上面代碼自己先找1下緣由。
-----------------------------------------------低調(diào)的分割線(xiàn)-------------------------------------------
讓我們?cè)賮?lái)回味1下 “ThreadLocal可以給1個(gè)初始值，而每一個(gè)線(xiàn)程都會(huì)取得這個(gè)初始化值的1個(gè)副本” 這句話(huà)。“初始值的副本。。。”，貌似想出發(fā)點(diǎn)甚么。我們?cè)賮?lái)看1下上面代碼中定義ThreadLocal的地方
private static Index num = new Index();
private static ThreadLocal<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
@Override
protected Index initialValue() {
return num; // 注意這里，返回的是已定義好的對(duì)象num，而不是new Index()
}
};
上面代碼中，我們通過(guò)覆蓋initialValue函數(shù)來(lái)給我們的ThreadLocal提供初始值，每一個(gè)線(xiàn)程都會(huì)獲得這個(gè)初始值的1個(gè)副本。而現(xiàn)在我們的初始值是1個(gè)定義好的1個(gè)對(duì)象，num是這個(gè)對(duì)象的援用.換句話(huà)說(shuō)我們的初始值是1個(gè)援用。援用的副本和援用指向的不就是同1個(gè)對(duì)象嗎？
如果我們想給每個(gè)線(xiàn)程都保存1個(gè)Index對(duì)象應(yīng)當(dāng)怎樣辦呢？那就是創(chuàng)建對(duì)象的副本而不是對(duì)象援用的副本：
private static ThreadLocal<Index> local = new ThreadLocal<Index>() {
@Override
protected Index initialValue() {
return new Index(); //注意這里
}
};
對(duì)象的拷貝圖示：
現(xiàn)在我們應(yīng)當(dāng)能明白ThreadLocal本地變量的含義了吧。接下來(lái)我們就來(lái)看看ThreadLocal的源碼，從內(nèi)部來(lái)揭露它的神秘面紗。
ThreadLocal有1個(gè)內(nèi)部類(lèi)ThreadLocalMap,這個(gè)類(lèi)的實(shí)現(xiàn)占了全部ThreadLocal類(lèi)源碼的1多半。這個(gè)ThreadLocalMap的作用非常關(guān)鍵，它就是線(xiàn)程真正保存線(xiàn)程自己本地變量的容器。每個(gè)線(xiàn)程都有自己的單獨(dú)的1個(gè)ThreadLocalMap實(shí)例，其所有的本地變量都會(huì)保存到這1個(gè)map中。現(xiàn)在就讓我們從ThreadLocal的get和set這兩個(gè)最經(jīng)常使用的方法開(kāi)始分析：
public T get() {
//獲得當(dāng)前履行線(xiàn)程
Thread t = Thread.currentThread();
//獲得當(dāng)前線(xiàn)程的ThreadLocalMap實(shí)例
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//如果map不為空，說(shuō)明該線(xiàn)程已有了1個(gè)ThreadLocalMap實(shí)例
if (map != null) {
//map中保存線(xiàn)程的所有的線(xiàn)程本地變量，我們要去查找當(dāng)前線(xiàn)程本地變量
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
//如果當(dāng)前線(xiàn)程本地變量存在這個(gè)map中，則返回其對(duì)應(yīng)的值
if (e != null)
return (T)e.value;
}
//如果map不存在或map中不存在當(dāng)前線(xiàn)程本地變量，返回初始值
return setInitialValue();
}
強(qiáng)調(diào)1下：Thread對(duì)象都有1個(gè)ThreadLocalMap類(lèi)型的屬性threadLocals，這個(gè)屬性是專(zhuān)門(mén)用于保存自己所有的線(xiàn)程本地變量的。這個(gè)屬性在線(xiàn)程對(duì)象初始化的時(shí)候?yàn)閚ull。所以對(duì)1個(gè)線(xiàn)程對(duì)象第1次使用線(xiàn)程本地變量的時(shí)候，需要對(duì)這個(gè)threadLocals屬性進(jìn)行初始化操作。注意要區(qū)分 “線(xiàn)程第1次使用本地線(xiàn)程變量”和“第1次使用某1個(gè)線(xiàn)程本地線(xiàn)程變量”。
getMap方法:
//直接返回線(xiàn)程對(duì)象的threadLocals屬性
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
setInitialValue方法：（看完后再回顧1下之前的那個(gè)例子）
private T setInitialValue() {
//獲得初始化值，initialValue 就是我們之前覆蓋的方法
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//如果map不為空，將初始化值放入到當(dāng)前線(xiàn)程的ThreadLocalMap對(duì)象中
if (map != null)
map.set(this, value);
else
//當(dāng)前線(xiàn)程第1次使用本地線(xiàn)程變量，需要對(duì)map進(jìn)行初始化工作
createMap(t, value);
//返回初始化值
return value;
}
我們?cè)賮?lái)看1下set方法
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
//說(shuō)明線(xiàn)程第1次使用線(xiàn)程本地變量(注意這里的第1次含義)
else
createMap(t, value);
}
ThradLocal還有1個(gè)remove方法，讓我們來(lái)分析1下:
public void remove() {
//獲得當(dāng)前線(xiàn)程的ThreadLocalMap對(duì)象
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
//如果map不為空，則刪除該本地變量的值
if (m != null)
m.remove(this);
}
到這里大家應(yīng)當(dāng)對(duì)ThreadLocal變量比較清晰了，至于ThradLocalMap的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)這里就不在說(shuō)了。大家有興趣可以自己去看ThreadLocal的源碼。
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