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初识ThreadLocal

jiezi

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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