ThreadLocal浅析

1.ThreadLocal的大体理解

　　ThreadLocal 又名 线程局部变量，是 Java 中一种较为特殊的 线程绑定机制，可以为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，并且每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会与其它线程的副本发生冲突。通过 ThreadLocal 存取的数据，总是与当前线程相关，也就是说，JVM 为每个运行的线程绑定了私有的本地实例存取空间，从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种 隔离机制 。

　　ThreadLocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。这句话从字面上看起来很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　先来看个例子

public class ConnectionManager {
    private static Connection conn=null;

    public static Connection openConnection() throws SQLException{
        if(conn==null){
            DriverManager.getConnection(url);
        }
        return conn;
    }
    public static void closeResource() throws SQLException{
        if(conn!=null){
            conn.close();
        }
    }
}

当只有一个线程访问时，完全没有问题，但多线程呢？因为创建连接并没有加锁，并且连接共享，所以可能会有创建多个Connection，所以就会出现一种情况，当一个现场在使用连接的时候另一个线程关闭连接

解决这个问题有一个很简单的处理办法，那就是方法内创建连接(private Connection conn=null;)，但是，这有一个很严重的问题，频繁的开关连接，导致服务器压力剧增，显然不是一个很好的办法

2.为了解决以上问题，我们引入ThreadLocal这个类

要了解一个类，首先要看它的成员变量，这里就不对其说明了，其次了解其主要方法

public T get() { }  
public void set(T value) { }  
public void remove() { }  
protected T initialValue() { }

先看看get方法

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。

首先看一下getMap方法中做了什么：

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

可能大家没有想到的是，在getMap中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。

那么我们继续取Thread类中取看一下成员变量threadLocals是什么：

 /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    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 {

        /**
         * 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;
            }
        }

可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作为键值。

然后再继续看setInitialValue方法的具体实现：

   /**
     * Variant of set() to establish initialValue. Used instead
     * of set() in case user has overridden the set() method.
     *
     * @return the initial value
     */
    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，键值为当前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。

下面通过一个例子来证明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果：

package com.cn.test;  
  
public class Test {  
      
    ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();  
    ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();  
  
    public void set() {  
        longLocal.set(Thread.currentThread().getId());  
        stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());  
    }  
  
    public long getLong() {  
        return longLocal.get();  
    }  
  
    public String getString() {  
        return stringLocal.get();  
    }  
  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        final Test test = new Test();  
  
        test.set();  
        System.out.println(test.getLong());  
        System.out.println(test.getString());  
  
        Thread thread1 = new Thread() {  
            public void run() {  
                test.set();  
                System.out.println(test.getLong());  
                System.out.println(test.getString());  
            };  
        };  
        thread1.start();  
        thread1.join();  
  
        System.out.println(test.getLong());  
        System.out.println(test.getString());  
    }  
}
运行结果：
1  
main  
11  
Thread-0  
1  
main

　　从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread1线程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。

ThreadLocal的应用场景

最常见的ThreadLocal使用场景为 用来解决数据库连接、Session管理等。如：

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();  
}

　　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;  
}

ThreadLocal知识总结

　　1）实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；

2）为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量，就像上面代码中的longLocal和stringLocal；

3）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；

如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialValue()方法。