做一篇人人能搞懂的ThreadLocal（源码）

1、ThreadLocal

二、ThreadLocal与Synchronized的区别

三、ThreadLocal分析

四、ThreadLocal源码分析

Set()方法

get()方法

remove()方法

五、ThreadLocal的数据结构

引入：

我们知道在我们多线程中，如果同时访问同一共享变量，可能会出现线程安全问题，为了保证线程安全，我们常常会在访问这个共享变量的时候加锁，来达到同步效果。

可能会造成死锁，故引入 ThreadLocal

1、ThreadLocal

ThreadLocal是JDK提供的，支持线程本地变量。也就是说，如果我们创建了一个ThreadLocal变量，则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。如果多个线程同时对这个变量进行读写操作时，实际上操作的是线程自己本地内存中的变量，从而避免了线程安全的问题。

ThreadLocal 提供了线程本地的实例。它与普通变量的区别在于，每个使用该变量的线程都会初始化一个完全独立的实例副本。ThreadLocal 变量通常被private static修饰。当一个线程结束时，它所使用的所有 ThreadLocal 相对的实例副本都可被回收。

二、ThreadLocal与Synchronized的区别

共同点:

ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。

区别：

Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离
Synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

三、ThreadLocal分析

初始

改变：增加删除ThreadLocal中的变量操作

线程A和线程B存储在ThreadLocal中的变量互不干扰，线程A存储的变量只能由线程A访问，线程B存储的变量只能由线程B访问。

四、ThreadLocal源码分析

Set()方法

public void set(T value) {
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //以当前线程为Key，获取ThreadLocalMap对象
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //获取的ThreadLocalMap对象不为空
    if (map != null)
        //设置value的值
        map.set(this, value);
    else
        //获取的ThreadLocalMap对象为空，创建Thread类中的threadLocals变量
        createMap(t, value);
}
//这里的this指的是代码中调用set的那个对象，也就是ThreadLocal对象

从上面的代码可以看出，ThreadLocal set赋值的时候首先会获取当前线程thread,并使用当前线程作为Key调用getMap(t)方法thread线程中的ThreadLocalMap属性。如果map属性不为空，则直接更新value值，如果map为空，则程序调用createMap(t, value)方法来实例化Thread类的threadLocals成员变量。也就是创建当前线程的threadLocals变量

getMap()

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

getMap(Thread t)方法获取的是线程变量自身的threadLocals成员变量

ThreadLocalMap ()

  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;
            }
        }

    }

看出ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部静态类，而它的构成主要是用Entry来保存数据，而且还是继承的弱引用。在Entry内部使用ThreadLocal作为key，使用我们设置的value作为value。

createMap()

//这个是threadlocal 的内部方法
void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
 
 
    //ThreadLocalMap 构造方法
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            size = 1;
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }

get()方法

public T get() {
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //获取当前线程的threadLocals成员变量
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //获取的threadLocals变量不为空
    if (map != null) {
        //返回本地变量对应的值
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    //初始化threadLocals成员变量的值
    return setInitialValue();
}

通过当前线程来获取threadLocals成员变量，如果threadLocals成员变量不为空，则直接返回当前线程绑定的本地变量，否则调用setInitialValue()方法初始化threadLocals成员变量的值。

etInitialValue()

private T setInitialValue() {
    //调用初始化Value的方法
    T value = initialValue();
    Thread t = Thread.currentThread();
    //根据当前线程获取threadLocals成员变量
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        //threadLocals不为空，则设置value值
        map.set(this, value);
    else
        //threadLocals为空,创建threadLocals变量
        createMap(t, value);
        return value;
}

initialValue()

protected T initialValue() {
    return null;
}

remove()方法

public void remove() {
    //根据当前线程获取threadLocals成员变量
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
    if (m != null)
        //threadLocals成员变量不为空，则移除value值
        m.remove(this);
}

remove方法，直接将ThrealLocal 对应的值从当前相差Thread中的ThreadLocalMap中删除。为什么要删除，这涉及到内存泄露的问题。

实际上 ThreadLocalMap 中使用的 key 为 ThreadLocal 的弱引用，弱引用的特点是，如果这个对象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的时候必然会被清理掉。

所以如果 ThreadLocal 没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收的时候会被清理掉的，这样一来 ThreadLocalMap中使用这个 ThreadLocal 的 key 也会被清理掉。但是，value 是强引用，不会被清理，这样一来就会出现 key 为 null 的 value。

五、`ThreadLocal`的数据结构

弱引用
- ThreadLocalMap有自己的独立实现，可以简单地将它的key视作ThreadLocal，value为代码中放入的值（实际上key并不是ThreadLocal本身，而是它的一个弱引用）
线程隔离
- 每个线程在往ThreadLocal里放值的时候，都会往自己的ThreadLocalMap里存，读也是以ThreadLocal作为引用，在自己的map里找对应的key，从而实现了线程隔离。
结构
- ThreadLocalMap有点类似HashMap的结构，只是HashMap是由数组+链表实现的，而ThreadLocalMap中并没有链表结构。