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初识ThreadLocal

今天来学习 Java 中的 ThreadLocal,也叫作本地变量,主要有以下知识点:

  • 基本使用
  • 源码解析
  • 使用场景

概述

ThreadLocal,很多地方叫做线程本地变量。
ThreadLocal 在每个线程中为变量创建一个副本,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。

源码解析

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.

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。

1. 先看下 get 方法的实现:

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();}

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。

2. 接着看一下 getMap 方法中做了什么:

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}

getMap中,是调用当前线程 t,返回当前线程 t 中的一个成员变量threadLocals

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

 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 {

    static class Entry extends WeakReference<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

4. 然后再继续看 setInitialValue 方法的具体实现:

private T setInitialValue() {T value = initialValue();
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(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:

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,key 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。

总结

  • 每个 Thread 维护着一个 ThreadLocalMap 的引用
  • ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的内部类,用 Entry 来进行存储
  • 调用 ThreadLocal 的 set()方法时,实际上就是往 ThreadLocalMap 设置值,key 是 ThreadLocal 对象,值是传递进来的对象
  • 调用 ThreadLocal 的 get()方法时,实际上就是往 ThreadLocalMap 获取值,key 是 ThreadLocal 对象
  • ThreadLocal 本身并不存储值,它只是作为一个 key 来让线程从 ThreadLocalMap 获取 value

使用场景

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

数据库连接

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

有关多线程的知识暂时先到这里,后面有时间再补充!

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