Java并发编程：ThreadLocal的使用以及实现原理解析

前言

前面的文章里，我们学习了有关锁的使用，锁的机制是保证同一时刻只能有一个线程访问临界区的资源，也就是通过控制资源的手段来保证线程安全，这固然是一种有效的手段，但程序的运行效率也因此大大降低。那么，有没有更好的方式呢？答案是有的，既然锁是严格控制资源的方式来保证线程安全，那我们可以反其道而行之，增加更多资源，保证每个线程都能得到所需对象，各自为营，互不影响，从而达到线程安全的目的，而ThreadLocal便是采用这样的思路。

ThreadLocal实例

ThreadLocal翻译成中文的话大概可以说是：线程局部变量，也就是只有当前线程能够访问。它的设计作用是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，每个线程都是改变自己的副本并且不会和其他线程的副本冲突，这样一来，从线程的角度来看，就好像每个线程都拥有了该变量。

下面是一个简单的实例：

public class ThreadLocalDemo {

    static ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>(){
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static class MyRunnable implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0;i<3;i++){
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                int value = local.get();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + value);
                local.set(value + 1);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable runnable = new MyRunnable();
        Thread t1 = new Thread(runnable);
        Thread t2 = new Thread(runnable);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

上面的代码不难理解，首先是定义了一个名为 local 的ThreadLocal变量，并初识变量的值为0，然后是定义了一个实现Runnable接口的内部类，在其run方法中对local 的值做读取和加1的操作，最后是main方法中开启两个线程来运行内部类实例。

以上就是代码的大概逻辑，运行main函数后，程序的输出结果如下：

Thread-0:0
Thread-1:0
Thread-1:1
Thread-0:1
Thread-1:2
Thread-0:2

从结果可以看出，虽然两个线程都共用一个Runnable实例，但两个线程中所展示的ThreadLocal的数据值并不会相互影响，也就是说这种情况下的local 变量保存的数据相当于是线程安全的，只能被当前线程访问。

ThreadLocal实现原理

那么ThreadLocal内部是怎么保证对象是线程私有的呢？毫无疑问，答案需要从源码中查找。回顾前面的代码，可以发现其中调用了ThreadLocal的两个方法set 和 get，我们就从这两个方法入手。

先看 set() 的源码：

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取线程的ThreadLocalMap，返回map
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
    	//map为空，创建
        createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
	t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

set的代码逻辑比较简单，主要是把值设置到当前线程的一个ThreadLocalMap对象中，而ThreadLocalMap可以理解成一个Map，它是定义在Thread类中内部的成员，初始化是为null，

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

不过，与常见的Map实现类，如HashMap之类的不同的是，ThreadLocalMap中的Entry是继承于Weak