java之ThreadLocal詳解
一、ThreadLocal簡介
ThreadLocal是線程的局部變量，是每一個線程所單獨持有的，其他線程不能對其進行訪問，通常是類中的private static字段。
我們知道有時候一個對象的變量會被多個線程所訪問，這時就會有線程安全問題，當然我們可以使用synchorinized 關鍵字來為此變量加鎖，進行同步處理，從而限制只能有一個線程來使用此變量，但是加鎖會大大影響程序執行效率，此外我們還可以使用ThreadLocal來解決對某一個變量的訪問沖突問題。
當使用ThreadLocal維護變量的時候 為每一個使用該變量的線程提供一個獨立的變量副本，即每個線程內部都會有一個該變量，這樣同時多個線程訪問該變量並不會彼此相互影響，因此他們使用的都是自己從內存中拷貝過來的變量的副本， 這樣就不存在線程安全問題，也不會影響程序的執行性能。
但是要註意，雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題，但是由於在每個線程中都創建了副本，所以要考慮它對資源的消耗，比如內存的占用會比不使用ThreadLocal要大。
二、ThreadLocal源碼分析
（1）ThreadLocal方法
ThreadLocal 的幾個方法： ThreadLocal 可以存儲任何類型的變量對象， get返回的是一個Object對象，但是我們可以通過泛型來制定存儲對象的類型。
public T get() { } // 用來獲取ThreadLocal在當前線程中保存的變量副本 public void set(T value) { } //set()用來設置當前線程中變量的副本 public void remove() { } //remove()用來移除當前線程中變量的副本 protected T initialValue() { } //initialValue()是一個protected方法，一般是用來在使用時進行重寫的
（2）ThreadLocal實現原理
1.內部結構
Thread 在內部是通過ThreadLocalMap來維護ThreadLocal變量表， 在Thread類中有一個threadLocals 變量，是ThreadLocalMap類型的，它就是為每一個線程來存儲自身的ThreadLocal變量的。
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;ThreadLocalMap 是定義在ThreadLocal 類裏的內部類，它的作用是存儲線程的局部變量。ThreadLocalMap 以ThreadLocal的引用作為鍵，以局部變量作為值，存儲在ThreadLocalMap.Entry （一種存儲鍵值的數據結構）裏。這是因為在每一個線程裏面，可能存在著多個ThreadLocal變量
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
}2.調用過程
初始時，在Thread裏面，threadLocals為空，當通過ThreadLocal變量調用get()方法或者set()方法，就會對Thread類中的threadLocals進行初始化，並且以當前ThreadLocal變量為鍵值，以ThreadLocal要保存的副本變量為value，存到threadLocals。
然後在當前線程裏面，如果要使用副本變量，就可以通過get方法在threadLocals裏面查找
註意：
在進行get之前，必須先set，否則會報空指針異常；
如果想在get之前不需要調用set就能正常訪問的話，必須重寫initialValue()方法。
ThreadLocal的set(T value)方法
public void set(T value) {
// 獲得當前線程
Thread t = Thread.currentThread();
// 獲得當前線程的 ThreadLocalMap 引用，詳細見下
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 如果不為空，則更新局部變量的值
if (map != null)
map.set(this, value);
//如果不是第一次使用，先進行初始化
else
createMap(t, value);
}內部類ThreadLocalMap的set(ThreadLocal<?> key,Object value)
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// Hash 尋址，與table數組長度減1（二進制全是1）相與，所以數組長度必須為2的次方，減小hash重復的可能性
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
//從hash值計算出的下標開始遍歷
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
//獲得該Entry的鍵
ThreadLocal<?> k = e.get();
//如果鍵和傳過來的相同，覆蓋原值，也說明，一個ThreadLocal變量只能為一個線程保存一個局部變量
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
// 鍵為空，則替換該節點
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
//是否需要擴容
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}可以看出ThreadLocalMap 采用線性探測再散列解決Hash沖突的問題。即，如果一次Hash計算出來的數組下標被占用，即hash值重復了，則在該下標的基礎上加1測試下一個下標，直到找到空值。比如說，Hash計算出來下標i為6，table[6] 已經有值了，那麽就嘗試table[7]是否被占用，依次類推，直到找到空值。以上，就是保存線程本地變量的方法。
TheadLocal的get()方法
public T get() {
//獲得當前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//得到當前線程的一個threadLocals 變量
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
// 如果不為空，以當前ThreadLocal為主鍵獲得對應的Entry
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果值為空，則進行初始化
return setInitialValue();
}ThreadLocal的setInitialValue()方法
private T setInitialValue() {
//獲得初始默認值
T value = initialValue();
//得到當前線程
Thread t = Thread.currentThread();
// 獲得該線程的ThreadLocalMap引用
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//不為空則覆蓋
if (map != null)
map.set(this, value);
else
//若是為空，則進行初始化，鍵為本ThreadLocal變量，值為默認值
createMap(t, value);
}
// 默認初始化返回null值，這也是 下面demo 為什麽需要重寫該方法的原因。如果沒有重寫，第一次get()操作獲得的線程本地變量為null，需要進行判斷並手動調用set()進行初始化
protected T initialValue() {
return null;
}三、Demo
下面是個ThreadLocal使用的實例，兩個任務共享同一個變量，並且兩個任務都把該變量設置為了線程私有變量，這樣，雖然兩個任務都”持有“同一變量，但各自持有該變量的拷貝。因此，當一個線程修改該變量時，不會影響另一線程該變量的值。
package thread.ThreadLocalTest;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* Created by StoneGeek on 2018/8/1.
* 博客地址：http://www.cnblogs.com/sxkgeek
*/
public class ThreadLocalDemo2 implements Runnable {
// 一般會把 ThreadLocal 設置為static 。它只是個為線程設置局部變量的入口，多個線程只需要一個入口
private static ThreadLocal<Student> localStudent = new ThreadLocal() {
// 一般會重寫初始化方法，一會分析源碼時候會解釋為什麽
@Override
public Student initialValue() {
return new Student();
}
};
private Student student = null;
@Override
public void run() {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
System.out.println("【" + threadName + "】：is running !");
Random ramdom = new Random();
//隨機生成一個變量
int age = ramdom.nextInt(100);
System.out.println("【" + threadName + "】：set age to :" + age);
// 獲得線程局部變量，改變屬性值
Student stu = getStudent();
stu.setAge(age);
System.out.println("【" + threadName + "】：第一次讀到的age值為 :" + stu.getAge());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("【" + threadName + "】：第二次讀到的age值為 :" + stu.getAge());
}
public Student getStudent() {
student = localStudent.get();
// 如果不重寫初始化方法，則需要判斷是否為空，然後手動為ThreadLocal賦值，否則的話會報空指針異常
// if(student == null){
// student = new Student();
// localStudent.set(student);
// }
return student;
}
public static void main(String[] args) {
ThreadLocalDemo2 ll = new ThreadLocalDemo2();
Thread t1 = new Thread(ll, "線程1");
Thread t2 = new Thread(ll, "線程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
console打印：
【線程2】：is running !
【線程1】：is running !
【線程1】：set age to :67
【線程2】：set age to :4
【線程1】：第一次讀到的age值為 :67
【線程2】：第一次讀到的age值為 :4
【線程1】：第二次讀到的age值為 :67
【線程2】：第二次讀到的age值為 :4四、應用場景
最常見的ThreadLocal使用場景為
用來解決 數據庫連接、Session管理等。
數據庫連接
Class A implements Runnable{
private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
public Connection initialValue() {
return DriverManager.getConnection(DB_URL);
}
};
public static Connection getConnection() {
return connectionHolder.get();
}
}Session管理
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;
}java之ThreadLocal詳解