java.lang.ThreadLocal实现原理和源码分析

1、ThreadLocal的原理：为每一个线程维护变量的副本。某个线程修改的只是自己的副本。

2、ThreadLocal是如何做到把变量变成副本的呢？不是clone，而是简单地new。具体一点就是对于变量A，每一个线程都会执行一个初始化方法initialValue()，这个方法在ThreadLocal类的源码中只是返回null（下面代码），需要用户覆写，也就是在这个方法里面new一个A并返回，这个就是我们当前线程的副本。具体分析如下：

protected T initialValue() {return null;
}

我们看一个例子：我们顺着例子中的main函数的执行过程来作为我们分析的思路

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/*** Created by liangyh on 2/25/16.*/
public class ThreadLocalTest {private ThreadLocal<List<String>> threadLocal = new ThreadLocal<List<String>>(){@Overrideprotected List<String> initialValue() {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("a");return list;}};public String get(int index){return threadLocal.get().get(index);}public void add(String value){threadLocal.get().add(value);}public synchronized void print(){List<String> list = threadLocal.get();if(list != null){for (int i = 0; i <list.size(); i++) {System.out.print(list.get(i) + "; ");}System.out.println();}}public static void main(String args[]) throws InterruptedException {ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();test.print();MyThread thread1 = new MyThread(test);MyThread thread2 = new MyThread(test);MyThread thread3 = new MyThread(test);new Thread(thread1).start();new Thread(thread2).start();new Thread(thread3).start();//让主线程休眠半秒，Thread.sleep(500);//主线程中的变量没有改变，为a。test.print();}public static class MyThread implements Runnable{private ThreadLocalTest data;public MyThread(ThreadLocalTest data){this.data = data;}@Overridepublic void run() {String name = Thread.currentThread().getName();data.add(name);if(this.data != null){data.print();}}}
}

1、我们先实例化一个ThreadLocalTest对象，然后调用print（）方法。在print（）方法中第一行调用了threadLocal.get()方法。返回的是当前线程的副本，现在的线程是主线程。get（）方法干了什么工作了？

先看get方法的源码！它首先获得当前线程的对象t，然后根据t作为参数得到一个map，这个map我们下面会讲到，它的key是ThreadLocal对象，value是变量副本。如果得到的map不为空，则返回map中的value值，如果为空，进入setInitialValue()方法中。在这个get方法中我们还应该注意到一个方法，getMap(Threadt)，它返回的是Thread对象的一个属性ThreadLocal.ThreadLocalMapthreadLocals =null;这个属性的作用是保存这个线程的变量副本的。ThreadLocalMap便是上面提到的map。刚开始的时候，这个threadLocals变量是空的，什么时候赋值呢？暂时不管，先把思路回到get方法中的最后一行代码。

 /*** Returns the value in the current thread's copy of this* thread-local variable.  If the variable has no value for the* current thread, it is first initialized to the value returned* by an invocation of the {@link #initialValue} method.** @return the current thread's value of this thread-local*/public T get() {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null)return (T)e.value;}return setInitialValue();}
<pre name="code" class="java">   /*** Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in* InheritableThreadLocal.** @param  t the current thread* @return the map*/ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}

程序执行到这里我们还没有拿到我们的值，下面这个方法的第一行代码便执行我们将要覆写的initialValue（）方法，它会返回我们所需要的变量副本（可以看看上面的例子，在initialValue方法中我new了一个ArrayList对象并返回）。拿到我们的变量副本之后，如果当前线程的threadLocals变量不为空，则添加到其中，如果为空，需要创建一个ThreadLocalMap，也就是会执行setInitialValue方法中的createMap(t,value)方法。

  /*** Variant of set() to establish initialValue. Used instead* of set() in case user has overridden the set() method.** @return the initial value*/private T setInitialValue() {T value = initialValue();Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;}

下面方法的作用是把new一个ThreadLocalMap,并给当前线程也就是Thread对象的threadLocals变量赋值。这样之后，我们的变量副本便保存在了ThreadLocalMap中了，同时当前线程Thread的对象的threadLocals变量又保存了这个map，所以，我们的变量副本就和当前线程挂钩了。

/*** Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in* InheritableThreadLocal.** @param t the current thread* @param firstValue value for the initial entry of the map* @param map the map to store.*/void createMap(Thread t, T firstValue) {t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}

下面的是ThreadLocalMap静态内部类的构造方法。我们可以看到key为ThreadLocal类型，value是我们的变量副本。

/*** Construct a new map initially containing (firstKey, firstValue).* ThreadLocalMaps are constructed lazily, so we only create* one when we have at least one entry to put in it.*/ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);size = 1;setThreshold(INITIAL_CAPACITY);}

我们回到setInitialValue()方法，程序执行倒数第二行createMap方法后，接着就返回了value，这个value也就是我们覆写initialValue（）所返回的值（也就是副本）。createMap（）方法只是把我们的副本保存在一个map中，同时为当前线程的threadLocals变量赋值。

以上便是ThreadLocal类的主要原理，知道了上面的知识，对于public void set(T value)方法就很好理解了！

细节注意：

1、在TheadLocal类中定义了privatestatic AtomicInteger nextHashCode = newAtomicInteger();，它是静态的，也就是在ThreadLocal对象之间是共享的数据。

2、ThreadLocal有一个静态的内部类ThreadLocalMap，它定义了privateEntry[]table;为什么是一个数组呢？一个线程可能有多个ThreadLocal对象，它们都保存在这个数组中了。怎么做到的呢？从ThreadLocal的源码我们可以看到，每次调用set方法的时候，都会先看看当前线程的threadLocals属性时候为空。如果不为空，就直接把我们的变量副本加到这个数组中。

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