ThreadLocal的原理解析

• ThreadLocal：

  • ThreadLocal

    • 概念：多线程访问同一个共享变量时容易出现并发问题，特别是多个线程需要对一个共享变量写入时， 为了保证线程安全，在访问共享变量时需要进行适当的同步。

    • 同步的措施一般是加锁，但是使用加锁的方式增加了性能的损耗，因此可以使用ThreadLocal来实现。

    • ThreadLocal是JDK提供的，提供了线程本地变量，也就是如果创建了一个TreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个本地副本。因此当多个线程操作这个ThreadLocal变量时，其实操作的是自己本地内存里面的变量，从而避免了线程安全问题。

      public class ThreadLocalTest {//创建ThreadLocal变量static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();//print函数static void print(String string){//打印当前线程本地内存中的threadLocalSystem.out.println(string+":"+threadLocal.get());//清除当前线程本地内存中的threadLocal
      //        threadLocal.remove();}public static void main(String[] args) {//创建线程Thread threadA = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//设置线程A中本地变量threadLocal的值threadLocal.set("threadA");//调用打印函数print("threadA");System.out.println("threadA remove "+threadLocal.get());}});//创建线程Thread threadB = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//设置线程B中本地变量threadLocal的值threadLocal.set("threadB");//调用打印函数print("threadB");System.out.println("threadB remove "+threadLocal.get());}});threadA.start();threadB.start();}
      }
      

      
      执行threadLocal.remove()之后结果
      

    • 以上代码中创建了一个共享变量threadLocal，两个线程，线程A和线程B，当我们在线程A中对共享变量设置值时，并不会影响线程B中threadLocal的值，线程中通过set方法设置threadLocal的值，其实设置的是线程中本地内存中的一个副本，这个副本线程B是访问不了的。同时通过get获取的是当前线程本地内存中的值。

    • 实现原理：
      ThreadLocal的结构

    • 通过图中我们可以看到Thread类中有一个threadLocals和inheritableThreadLocals，它们都是ThreadLocalMap类型的变量，而ThreadLocalMap是一个定制化的HashMap。在默认情况下每个线程中的threadLocals和inheritableThreadLocals都为null，当线程第一次调用set或get时才会创建它们。

    • 每个线程的本地变量并不存在ThreadLocal实例里面，而是存放在线程中的threadLocals变量中，因此ThreadLocal就是一个工具壳，通过set将值放入线程中的threadLocals中，通过get将值从threadLocals中取出来，也可以通过调用remove将当前线程的threadLocals中的值删除。

    • 那么为什么threadLocals为什么被设置成map结构，因为一个线程可能关联多个ThreadLocal变量。

    • 每个线程内部都有一个threadLocals的成员变量，该变量类型为HashMap，key为ThreadLocal实例对象的引用，value则是需要设置的值。每个线程的本地变量都存放在线程自己的内存变量threadLocals中，如果线程不死亡，那么该变量会一直存在，因此会造成内存溢出，因此使用完毕应当调用remove删除threadLoccals中的变量。

      从源码中我们也可以看到是通过threadLocals来实现的

          public void set(T value) {//获取当前线程Thread t = Thread.currentThread();调用getMap，当前线程作为key，去查找对应的线程变量ThreadLocalMap map = getMap(t);//如果map不为空，则调用set方法，key为当前ThreadLocal的实例对象引用，value是传递的值。if (map != null)map.set(this, value);else//如果是第一次则调用createMap(t, value);}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {//在getMap中获取的是当前线程的threadLocalsreturn t.threadLocals;}
      

      另一个类lnheritableThreadLocal类是为了解决子线程可以访问父线程中设置的本地变量。

      public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {/**** @param parentValue the parent thread's value* @return the child thread's initial value*/protected T childValue(T parentValue) {return parentValue;}/*** Get the map associated with a ThreadLocal.** @param t the current thread*/ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.inheritableThreadLocals;}/*** Create the map associated with a ThreadLocal.** @param t the current thread* @param firstValue value for the initial entry of the table.*/void createMap(Thread t, T firstValue) {t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}
      }
      

      • InheritableThreadLocal继承ThreadLocal，并重写三个方法。因此当调用set方法时，创建的是当前线程的inheritableThreadLocals变量的实例而不再是threadLocals，调用get方法时获取当前线程内部的map变量时，获取的是inheritableThreadLocals而不再是threadLocals。因此在InheritableThreadLocal的世界里，变量inheritableThreadLocals替代了threadLocals。