前言

要了解ThreadLocal，首先搞清楚ThreadLocal 是什么？是用来解决什么问题的？
ThreadLocal 是线程的局部变量，是每一个线程所单独持有的，其他线程不能对其进行访问， 通常是类中的 private static 字段，是对该字段初始值的一个拷贝，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

我们知道有时候一个对象的变量会被多个线程所访问，这时就会有线程安全问题，当然我们可以使用synchorinized 关键字来为此变量加锁，进行同步处理，从而限制只能有一个线程来使用此变量，但是加锁会大大影响程序执行效率，此外我们还可以使用ThreadLocal来解决对某一个变量的访问冲突问题。

当使用ThreadLocal维护变量的时候为每一个使用该变量的线程提供一个独立的变量副本，即每个线程内部都会有一个该变量，这样同时多个线程访问该变量并不会彼此相互影响，因此他们使用的都是自己从内存中拷贝过来的变量的副本，这样就不存在线程安全问题，也不会影响程序的执行性能。

使用场景

ThreadLocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

　　这句话从字面上看起来很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　我们还是先来看一个例子：

class ConnectionManager {private static Connection connect = null;public static Connection openConnection() {if(connect == null){connect = DriverManager.getConnection();}return connect;}public static void closeConnection() {if(connect!=null)connect.close();}
}

假设有这样一个数据库链接管理类，这段代码在单线程中使用是没有任何问题的，但是如果在多线程中使用呢？很显然，在多线程中使用会存在线程安全问题：

第一，这里面的2个方法都没有进行同步，很可能在openConnection方法中会多次创建connect；
第二，由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程调用closeConnection关闭链接。

所以出于线程安全的考虑，必须将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理。

　　这样将会大大影响程序执行效率，因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候，其他线程只有等待。

　　那么大家来仔细分析一下这个问题，这地方到底需不需要将connect变量进行共享？事实上，是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。

　　到这里，可能会有朋友想到，既然不需要在线程之间共享这个变量，可以直接这样处理，在每个需要使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库链接，然后在方法调用完毕再释放这个连接。比如下面这样：

class ConnectionManager {private  Connection connect = null;public Connection openConnection() {if(connect == null){connect = DriverManager.getConnection();}return connect;}public void closeConnection() {if(connect!=null)connect.close();}
}class Dao{public void insert() {ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager();Connection connection = connectionManager.openConnection();//使用connection进行操作connectionManager.closeConnection();}
}

这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不尽严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。

　　那么这种情况下使用ThreadLocal是再适合不过的了，因为ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。

　　但是要注意，虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用ThreadLocal要大。

深入解析

在上面谈到了对ThreadLocal的一些理解，那我们下面来看一下具体ThreadLocal是如何实现的。

　　先了解一下ThreadLocal类提供的几个方法：

public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { }

get()方法是用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本，set()用来设置当前线程中变量的副本，remove()用来移除当前线程中变量的副本，initialValue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，它是一个延迟加载方法，下面会详细说明。

　　首先我们来看一下ThreadLocal类是如何为每个线程创建一个变量的副本的。

　　先看下get方法的实现：

    /*** 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) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}return setInitialValue();}

第一句是取得当前线程，然后通过getMap(t)方法获取到一个map，map的类型为ThreadLocalMap。然后接着下面获取到< key,value >键值对，注意这里获取键值对传进去的是 this，而不是当前线程t。

如果获取成功，则返回value值。

如果map为空，则调用setInitialValue方法返回value。

我们上面的每一句来仔细分析：

首先看一下getMap方法中做了什么：

    /*** 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;}

可能大家没有想到的是，在getMap中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。

那么我们继续取Thread类中取看一下成员变量threadLocals是什么：

    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained* by the ThreadLocal class. */ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

实际上就是一个ThreadLocalMap，这个类型是ThreadLocal类的一个内部类，我们继续取看ThreadLocalMap的实现：

    static class ThreadLocalMap {/*** The entries in this hash map extend WeakReference, using* its main ref field as the key (which is always a* ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()* == null) mean that the key is no longer referenced, so the* entry can be expunged from table.  Such entries are referred to* as "stale entries" in the code that follows.*/static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}

可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作为键值。

然后再继续看setInitialValue方法的具体实现：

    /*** 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;}

很容易了解，就是如果map不为空，就设置键值对，为空，再创建Map，看一下createMap的实现：

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

至此，可能大部分朋友已经明白了ThreadLocal是如何为每个线程创建变量的副本的：

　　首先，在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）。

　　初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。

　　然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

　　下面通过一个例子来证明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果：

public class Test {ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();public void set() {longLocal.set(Thread.currentThread().getId());stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());}public long getLong() {return longLocal.get();}public String getString() {return stringLocal.get();}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {final Test test = new Test();test.set();System.out.println(test.getLong());System.out.println(test.getString());Thread thread1 = new Thread(){public void run() {test.set();System.out.println(test.getLong());System.out.println(test.getString());};};thread1.start();thread1.join();System.out.println(test.getLong());System.out.println(test.getString());}
}

这段代码的输出结果为：

1
main
8
Thread-0
1
main

从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread1线程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。

　　总结一下：

实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；
为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量，就像上面代码中的longLocal和stringLocal；
在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；

如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialValue()方法。

因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一个语句是T value = initialValue()，而默认情况下，initialValue方法返回的是null。

    /*** Returns the current thread's "initial value" for this* thread-local variable.  This method will be invoked the first* time a thread accesses the variable with the {@link #get}* method, unless the thread previously invoked the {@link #set}* method, in which case the {@code initialValue} method will not* be invoked for the thread.  Normally, this method is invoked at* most once per thread, but it may be invoked again in case of* subsequent invocations of {@link #remove} followed by {@link #get}.** <p>This implementation simply returns {@code null}; if the* programmer desires thread-local variables to have an initial* value other than {@code null}, {@code ThreadLocal} must be* subclassed, and this method overridden.  Typically, an* anonymous inner class will be used.** @return the initial value for this thread-local*/protected T initialValue() {return null;}

ThreadLocal的应用场景

最常见的ThreadLocal使用场景为用来解决数据库连接、Session管理等。

　　如：

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder
= new ThreadLocal<Connection>() {
public Connection initialValue() {return DriverManager.getConnection(DB_URL);
}
};public static Connection getConnection() {
return connectionHolder.get();
}

private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();public static Session getSession() throws InfrastructureException {Session s = (Session) threadSession.get();try {if (s == null) {s = getSessionFactory().openSession();threadSession.set(s);}} catch (HibernateException ex) {throw new InfrastructureException(ex);}return s;
}

PS

关于ThreadLocalMap< ThreadLocal, Object >弱引用问题：

当线程没有结束，但是ThreadLocal已经被回收，则可能导致线程中存在ThreadLocalMap< null, Object >的键值对，造成内存泄露。（ThreadLocal被回收，ThreadLocal关联的线程共享变量还存在）。

虽然ThreadLocal的get，set方法可以清除ThreadLocalMap中key为null的value，但是get，set方法在内存泄露后并不会必然调用，所以为了防止此类情况的出现，我们有两种手段。

1、使用完线程共享变量后，显示调用ThreadLocalMap.remove方法清除线程共享变量；

2、JDK建议ThreadLocal定义为private static，这样ThreadLocal的弱引用问题则不存在了。

总结

每个线程都有一个ThreadLocalMap 类型的 threadLocals 属性。
ThreadLocalMap 类相当于一个Map，key 是 ThreadLocal 本身，value 就是我们的值。
当我们通过 threadLocal.set(new Integer(123)); ，我们就会在这个线程中的 threadLocals 属性中放入一个键值对，key 是这个 threadLocal.set(new Integer(123))的threadlocal，value 就是值new Integer(123)。
当我们通过 threadlocal.get() 方法的时候，首先会根据这个线程得到这个线程的 threadLocals 属性，然后由于这个属性放的是键值对，我们就可以根据键 threadlocal 拿到值。注意，这时候这个键 threadlocal 和我们 set 方法的时候的那个键 threadlocal 是一样的，所以我们能够拿到相同的值。
ThreadLocalMap 的get/set/remove方法跟HashMap的内部实现都基本一样，通过 “key.threadLocalHashCode & (table.length - 1)” 运算式计算得到我们想要找的索引位置，如果该索引位置的键值对不是我们要找的，则通过nextIndex方法计算下一个索引位置，直到找到目标键值对或者为空。
hash冲突：在HashMap中相同索引位置的元素以链表形式保存在同一个索引位置；而在ThreadLocalMap中，没有使用链表的数据结构，而是将（当前的索引位置+1）对length取模的结果作为相同索引元素的位置：源码中的nextIndex方法，可以表达成如下公式：如果i为当前索引位置，则下一个索引位置 = (i + 1 < len) ? i + 1 : 0。

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ThreadLocal详解分析

前言

使用场景

深入解析

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PS

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