大家好，我是風(fēng)箏

前幾天群里有個(gè)弟弟說(shuō)看 TheadLocal 有點(diǎn)懵，我就把之前寫(xiě)的那篇給他扔過(guò)去了，結(jié)果他看完了跟我說(shuō)：哥，我還是沒(méi)看懂?。?/p>

什么，這意思就是我寫(xiě)的那篇文章不行啊，看完了也看不懂，這怎么能行。于是我問(wèn)他現(xiàn)在糾結(jié)在哪里了，啥地方不懂。經(jīng)過(guò)一番溝通，我發(fā)現(xiàn)那篇文章確實(shí)寫(xiě)得不太行，好多新手不理解的點(diǎn)都沒(méi)有點(diǎn)出來(lái)。

具體的一些容易讓人迷糊的點(diǎn)有以下幾個(gè)，雖然有一些問(wèn)題看起來(lái)很傻，但是它們確實(shí)存在。

1. ThreadLocal 存的值在不同線程間怎么傳遞？
2. ThreadLocal 以什么形式存儲(chǔ)？
3. ThreadLocal 可不可以放多個(gè)值？
4. ThreadLocal 到底是存在哪？跟線程有什么關(guān)系？

咱們上來(lái)先看一段代碼精神精神，接下來(lái)再一一解釋上面的問(wèn)題。這段代碼中聲明了兩個(gè) ThreadLocal ，然后在線程0和線程1中分別賦值這兩個(gè) ThreadLocal，第三個(gè)線程不賦值，在每個(gè)線程中打印這兩個(gè) ThreadLocal 的值。

看一下應(yīng)該輸出的值是多少。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
    ThreadLocal<String> threadLocal1 = ThreadLocal.withInitial(() -> "啥都沒(méi)干，初始值");  
    ThreadLocal<String> threadLocal2 = new ThreadLocal<>();  
    Thread thread0 = new Thread() {  
        @Override  
        public void run() {  
            threadLocal1.set("我是threadLocal1 「Thread0」給我賦的值");  
            threadLocal2.set("我是threadLocal2 「Thread0」給我賦的值");  
            String name = "Thread0-";  
            System.out.println(name + "threadLocal1 = " + threadLocal1.get());  
            System.out.println(name + "threadLocal2 = " + threadLocal2.get());  
        }  
    };  
    thread0.start();  
    thread0.join();  
    System.out.println();  
  
    Thread thread1 = new Thread() {  
        @Override  
        public void run() {  
            threadLocal1.set("我是threadLocal1 「Thread1」給我賦的值");  
            threadLocal2.set("我是threadLocal2 「Thread1」給我賦的值");  
            String name = "Thread1-";  
            System.out.println(name + "threadLocal1 = " + threadLocal1.get());  
            System.out.println(name + "threadLocal = " + threadLocal2.get());  
        }  
    };  
    thread1.start();  
    thread1.join();  
    System.out.println();  
  
    Thread thread2 = new Thread() {  
        @Override  
        public void run() {  
            String name = "Thread2-";  
            System.out.println(name + "threadLocal1 = " + threadLocal1.get());  
        }  
    };  
    thread2.start();  
}

下面是輸出的值，看看是不是和你理解的一致。

“

Thread0-threadLocal1 = 我是threadLocal1 「Thread0」給我賦的值 Thread0-threadLocal2 = 我是threadLocal2 「Thread0」給我賦的值

Thread1-threadLocal1 = 我是threadLocal1 「Thread1」給我賦的值 Thread1-threadLocal = 我是threadLocal2 「Thread1」給我賦的值

Thread2-threadLocal1 = 啥都沒(méi)干，初始值

如果和你想的輸出是一樣的，那你可能已經(jīng)理解了 TheadLocal 了，如果不一致的話，那說(shuō)明你還沒(méi)有掌握它。

問(wèn)題1：ThreadLocal 存的值在不同線程間怎么傳遞？

我聽(tīng)到這個(gè)問(wèn)題有些詫異了，你真是一點(diǎn)兒都沒(méi)懂啊。ThreadLocal 當(dāng)然不需要在進(jìn)程間傳遞了，ThreadLocal 的初衷就是為了不在進(jìn)程間傳遞值，而只是在當(dāng)前線程的各個(gè)地方都能獲取到。

這就要說(shuō)到 ThreadLocal 的定義和應(yīng)用場(chǎng)景了。

ThreadLocal 定義以及使用場(chǎng)景

ThreadLocal允許每個(gè)線程獨(dú)立存儲(chǔ)和訪問(wèn)線程本地變量。線程本地變量是指每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的變量副本，互不干擾。這對(duì)于多線程編程來(lái)說(shuō)非常有用，因?yàn)樗试S在每個(gè)線程中存儲(chǔ)狀態(tài)或數(shù)據(jù)，而不需要擔(dān)心線程間的競(jìng)爭(zhēng)條件。

我們進(jìn)到 ThreadLocal 的源碼中，通過(guò)源碼注釋就可以看到很清晰的解釋：它是線程的局部變量，這些變量只能在這個(gè)線程內(nèi)被讀寫(xiě)，在其他線程內(nèi)是無(wú)法訪問(wèn)的。ThreadLocal 定義的通常是與線程關(guān)聯(lián)的私有靜態(tài)字段（例如，用戶ID或事務(wù)ID）。

變量有局部的還有全局的，局部變量沒(méi)什么好說(shuō)的，一涉及到全局，那自然就會(huì)出現(xiàn)多線程的安全問(wèn)題，要保證多線程安全訪問(wèn)，不出現(xiàn)臟讀臟寫(xiě)，那就要涉及到線程同步了。而 ThreadLocal 相當(dāng)于提供了介于局部變量與全局變量中間的這樣一種線程內(nèi)部的全局變量。

根據(jù) ThreadLocal 的定義，我們就可以知道它的使用場(chǎng)景了。就是當(dāng)我們只想在本身的線程內(nèi)使用的變量，比如這個(gè)線程要存活一段時(shí)間，可以用 ThreadLocal 來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且這些變量是和線程的生命周期密切相關(guān)的，線程結(jié)束，變量也就銷毀了。

舉幾個(gè)例子說(shuō)明一下：

1、比如線程中處理一個(gè)非常復(fù)雜的業(yè)務(wù)，可能方法有很多，那么，使用 ThreadLocal 可以代替一些參數(shù)的顯式傳遞；

2、比如用來(lái)存儲(chǔ)用戶 Session。Session 的特性很適合 ThreadLocal ，因?yàn)?Session 之前當(dāng)前會(huì)話周期內(nèi)有效，會(huì)話結(jié)束便銷毀。我們先籠統(tǒng)的分析一次 web 請(qǐng)求的過(guò)程：

• 用戶在瀏覽器中訪問(wèn) web 頁(yè)面；
• 瀏覽器向服務(wù)器發(fā)起請(qǐng)求；
• 服務(wù)器上的服務(wù)處理程序（例如tomcat）接收請(qǐng)求，并開(kāi)啟一個(gè)線程處理請(qǐng)求，期間會(huì)使用到 Session ；
• 最后服務(wù)器將請(qǐng)求結(jié)果返回給客戶端瀏覽器。

從這個(gè)簡(jiǎn)單的訪問(wèn)過(guò)程我們看到正好這個(gè) Session 是在處理一個(gè)用戶會(huì)話過(guò)程中產(chǎn)生并使用的，如果單純的理解一個(gè)用戶的一次會(huì)話對(duì)應(yīng)服務(wù)端一個(gè)獨(dú)立的處理線程，那用 ThreadLocal 在存儲(chǔ) Session ,簡(jiǎn)直是再合適不過(guò)了。但是例如 tomcat 這類的服務(wù)器軟件都是采用了線程池技術(shù)的，并不是嚴(yán)格意義上的一個(gè)會(huì)話對(duì)應(yīng)一個(gè)線程。并不是說(shuō)這種情況就不適合 ThreadLocal 了，而是要在每次請(qǐng)求進(jìn)來(lái)時(shí)先清理掉之前的 Session ，一般可以用攔截器、過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3、在一些多線程的情況下，如果用線程同步的方式，當(dāng)并發(fā)比較高的時(shí)候會(huì)影響性能，可以改為 ThreadLocal 的方式，例如高性能序列化框架 Kyro 就要用 ThreadLocal 來(lái)保證高性能和線程安全；

4、還有像線程內(nèi)上線文管理器、數(shù)據(jù)庫(kù)連接等可以用到 ThreadLocal;

使用方式

ThreadLocal 的使用非常簡(jiǎn)單，最核心的操作就是四個(gè)：創(chuàng)建、創(chuàng)建并賦初始值、賦值、取值。

1、創(chuàng)建

ThreadLocal<String> mLocal = new ThreadLocal<>();

2、創(chuàng)建并賦初值。下面代碼表示創(chuàng)建了一個(gè) String 類型的 ThreadLocal 并且重寫(xiě)了 initialValue 方法，并返回初始字符串，之后調(diào)用 get() 方法獲取的值便是 initialValue 方法返回的值。

ThreadLocal<String> mLocal = new ThreadLocal<String>(){
            @Override
            protected String initialValue(){
                return "init value";
            }
        };
System.out.println(mLocal.get());

3、設(shè)置值

mLocal.set("hello");

4、取值

mLocal.get()

實(shí)現(xiàn)原理

前面回答了第一個(gè)問(wèn)題，后面的三個(gè)問(wèn)題就涉及到 ThreadLocal 的原理了。

首先 ThreadLocal 是一個(gè)泛型類，保證可以接受任何類型的對(duì)象，所以你可以在 ThreadLocal 中放基本類型，比如字符串、整型等，也可以放自定義的實(shí)體對(duì)象，還可以放 List、Set、Map 等都沒(méi)有問(wèn)題。

圖片

先來(lái)理清楚 ThreadLocal 對(duì)象的結(jié)構(gòu)與線程的關(guān)系，我解釋一下上圖的意思。

1. 在 Thread 類中有一個(gè)屬性叫做 threadLocals，這個(gè)屬性的類型是 ThreadLocal.ThreadLocalMap 類型；
2. ThreadLocal 就是我們會(huì)直接用到的 ThreadLocal 對(duì)象；
3. ThreadLocal 有個(gè)內(nèi)部類 是 ThreadLocalMap，就是 Thread 類中的的 threadLocals 對(duì)象的類型；
4. ThreadLocalMap 通過(guò)名稱可以看出這是一個(gè) Map 結(jié)構(gòu)，如果你看過(guò) HashMap 的實(shí)現(xiàn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它是個(gè)簡(jiǎn)易版的 HashMap；
5. ThreadLocalMap 中真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的是一個(gè) Entry 數(shù)組；
6. Entry 又是ThreadLocalMap的一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類， 它繼承 WeakReference 弱引用，暫且理解為是一個(gè) key-value 鍵值對(duì)；其中涉及的重要對(duì)象大概就是上面這些，了解這些基礎(chǔ)后，能幫我們更清楚的理解原理。

看上去可能有點(diǎn)亂，最簡(jiǎn)單的就是從 set 方法入手看一看。下面是 set 方法代碼

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread(); // 獲取當(dāng)前線程
        ThreadLocalMap map = getMap(t); // 獲取當(dāng)前線程維護(hù)的 threadLocals
        if (map != null)
            map.set(this, value); // 如果 map 不為空，直接添加
        else
            createMap(t, value); //如果 map 為空，先初始化，再添加
    }

調(diào)用 set 方法

ThreadLocal<String> mLocal = new ThreadLocal<>();
mLocal.set("hello");

調(diào)用 ThreadLocal 的 set 方法時(shí)，首先獲取到了當(dāng)前線程。

Thread t = Thread.currentThread();

然后獲取當(dāng)前線程維護(hù)的 ThreadLocalMap 對(duì)象。通過(guò) getMap() 方法，t 就是當(dāng)前線程，直接返回當(dāng)前線程中的 threadLocals 屬性。

ThreadLocalMap map = getMap(t); //獲取 ThreadLocalMap

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

如果 map 不為null，說(shuō)明之前設(shè)置過(guò) ThreadLocal 了，那就調(diào)用ThreadLocalMap 的set 方法。

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {   
    Entry[] tab = table;  
    int len = tab.length;  
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);  
  
    for (Entry e = tab[i];  
         e != null;  
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {  
        ThreadLocal<?> k = e.get();  
  
        if (k == key) {  
            e.value = value;  
            return;  
        }  
  
        if (k == null) {  
            replaceStaleEntry(key, value, i);  
            return;  
        }  
    }  
    tab[i] = new Entry(key, value);  
    int sz = ++size;  
    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)  
        rehash();  
}

int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

計(jì)算索引，tab[i]就是要存儲(chǔ)的位置，后面 for 中的部分就是處理哈希沖突和更新已有值，先不用管這些細(xì)節(jié)，之后將 new Entry(key, value)放到 tab[i]的位置，也就是放到 Entry 數(shù)組中了。

這里面 new Entry中的參數(shù) key 和 value 很關(guān)鍵。返回去看 ThreadLocalMap.set 方法調(diào)用時(shí)候的傳參。

map.set(this, value);

key 是什么呢？key 這里傳的是 this，this 是誰(shuí)呢，就是 ThreadLocal 本身，它本身被當(dāng)做 key 了。value 是什么呢？value 就是調(diào)用 ThreadLocal.set(value)時(shí)傳過(guò)來(lái)的泛型的值，是我們調(diào)用方自己設(shè)置的。

后面還有如果 ThreadLocalMap 實(shí)例不存在的話，則要初始化并賦初值的過(guò)程，這部分也不是理解 ThreadLocal 的重點(diǎn)，就不具體講了，看代碼都能理解。

所以后面那三個(gè)問(wèn)題也就解決了。

現(xiàn)在再回過(guò)頭去看最開(kāi)始給的那段代碼。

threadLocal1 和 threadLocal2 的聲明是在 main 方法中的，也就是在主線中聲明的，三個(gè)子線程都可以看到的。

而且線程0和線程1都用了兩個(gè) ThreadLocal，所以說(shuō)，一個(gè)線程可以用多個(gè) ThreadLocal，因?yàn)樽罱K存儲(chǔ)實(shí)際上是個(gè) Map，多少個(gè)都沒(méi)關(guān)系。

線程 0 和線程1都對(duì)threadLocal1 和 threadLocal2重新設(shè)置值了，然后通過(guò)get方法得到的也是本線程設(shè)置的值。線程2沒(méi)有對(duì) threadLocal1 賦值，所以在調(diào)用get方法后，得到的是threadLocal1最開(kāi)始設(shè)置的初始值，并不是線程0或線程2設(shè)置的值。也印證了線程之間是不會(huì)互相影響的（當(dāng)然，我們通過(guò)上面的分析已經(jīng)了解這個(gè)原理了）。

內(nèi)存泄漏問(wèn)題

實(shí)際上 ThreadLocalMap 中使用的 key 為 ThreadLocal 的弱引用，弱引用的特點(diǎn)是，如果這個(gè)對(duì)象只存在弱引用，那么在下一次垃圾回收的時(shí)候必然會(huì)被清理掉。

所以如果 ThreadLocal 沒(méi)有被外部強(qiáng)引用的情況下，在垃圾回收的時(shí)候會(huì)被清理掉的，這樣一來(lái) ThreadLocalMap 中使用這個(gè) ThreadLocal 的 key 也會(huì)被清理掉。但是，value 是強(qiáng)引用，不會(huì)被清理，這樣一來(lái)就會(huì)出現(xiàn) key 為 null 的 value。

ThreadLocalMap 實(shí)現(xiàn)中已經(jīng)考慮了這種情況，在調(diào)用 set()、get()、remove() 方法的時(shí)候，會(huì)清理掉 key 為 null 的記錄。如果說(shuō)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄漏，那只有在出現(xiàn)了 key 為 null 的記錄后，沒(méi)有手動(dòng)調(diào)用 remove() 方法，并且之后也不再調(diào)用 get()、set()、remove() 方法的情況下。

這回，理解了嗎？