原文链接

基本概念

线程本地变量是说，每个线程都有同一个变量的独有拷贝，它们访问的虽然是同一个变量，但每个线程都有自己的独立的值，这就是线程本地变量的含义。

使用场景

DateFormat/SimpleDateFormat

ThreadLocal是实现线程安全的一种方案，比如对于DateFormat/SimpleDateFormat，日期和时间操作是非线程安全的，实现安全的一种方式是使用锁，另一种方式是每次都创建一个新的对象，更好的方式就是使用ThreadLocal，每个线程使用自己的DateFormat，就不存在安全问题了，在线程的整个使用过程中，只需要创建一次，又避免了频繁创建的开销。

ThreadLocalRandom

即使对象是线程安全的，使用ThreadLocal也可以减少竞争，比如Random是线程安全的，但如果并发访问竞争激烈的话，性能会下降，所以Java并发包提供了类ThreadLocalRandom，它是Random的子类，利用了ThreadLocal，它没有public的构造方法，通过静态方法current获取对象。

上下文信息

ThreadLocal的典型用途是提供上下文信息，比如在一个Web服务器中，一个线程执行用户的请求，在执行过程中，很多代码都会访问一些共同的信息，比如请求信息、用户身份信息、数据库连接、当前事务等，它们是线程执行过程中的全局信息，如果作为参数在不同代码间传递，代码会很啰嗦，这时，使用ThreadLocal就很方便，所以它被用于各种框架如Spring中。

实现原理

ThreadLocal是怎么实现的呢？为什么对同一个对象的get/set，每个线程都能有自己独立的值呢？我们直接来看代码。

set方法的代码为：

1
2
3
4
5
6
7
8
public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

它调用了getMap，getMap的代码为：

1
2
3
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

返回线程的实例变量threadLocals，它的初始值为null，在null时，set调用createMap初始化，代码为：

1
2
3
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

从以上代码可以看出，每个线程都有一个Map，类型为ThreadLocalMap，调用set实际上是在线程自己的Map里设置了一个条目，键为当前的ThreadLocal对象，值为value。ThreadLocalMap是一个内部类，它是专门用于ThreadLocal的，与一般的Map不同，它的键类型为WeakReference<ThreadLocal>，我们没有提过WeakReference，它与Java的垃圾回收机制有关，使用它，便于回收内存，具体我们就不探讨了。

get方法的代码为：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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();
}

通过线程访问到Map，以ThreadLocal对象为键从Map中获取到条目，取其value，如果Map中没有，调用setInitialValue，其代码为：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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;
}

initialValue()就是之前提到的提供初始值的方法，默认实现就是返回null。

remove方法的代码也很直接，如下所示：

1
2
3
4
5
public void remove() {
   ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
   if (m != null)
       m.remove(this);
}

简单总结下，每个线程都有一个Map，对于每个ThreadLocal对象，调用其get/set实际上就是以ThreadLocal对象为键读写当前线程的Map，这样，就实现了每个线程都有自己的独立拷贝的效果。

小结

简单总结来说：

  • ThreadLocal使得每个线程对同一个变量有自己的独立拷贝，是实现线程安全、减少竞争的一种方案。
  • ThreadLocal经常用于存储上下文信息，避免在不同代码间来回传递，简化代码。
  • 每个线程都有一个Map，调用ThreadLocal对象的get/set实际就是以ThreadLocal对象为键读写当前线程的该Map。
  • 在线程池中使用ThreadLocal，需要注意，确保初始值是符合期望的。