关于 ThreadLocal 的定义及原理的实现

一、定义

       首先，ThreadLocal并不是一个Thread，这个类提供了线程局部变量也称为线程本地变量，它为变量在每个线程中创建了一个副本，通过这样的方式做到变量在线程间隔离且在方法间共享的场景。

二、实现原理

Threadlocal 的内部实现方法

• public T get() 返回当前线程的线程局部变量的值
• public void set(T value) 设置当前线程的线程局部变量的值
• public void remove() 将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。
• protected T initialValue() 方法采用延迟调用的方式，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。protected 的修饰也表示了这个方法是为了让子类覆盖而存在的。

Threadlocal 如何做到为每个线程维护变量副本

       我们先看一下set(T value)方法，在方法内部出现了一个ThreadLocalMap类，由于出现了Map冥冥之中感觉和链表应该是脱不开关系了，再接着看下一步的源码其不然。

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

       ThreadLocal 中有一个静态内部类 ThreadLocalMap，其内部维护着一张哈希表（Entry 数组），数组默认大小为 16，Entry 以弱引用的 ThreadLocal 作为 key/value。而Entry是继承WeakReference，和HashMap很大的区别是，Entry中没有next字段，所以就不存在链表的情况了。

图-1

public class ThreadLocal<T> {

 //静态内部类 ThreadLocalMap
 static class ThreadLocalMap {
       //
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }

//由于文章内容有限，这里省略部分源码
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
// Entry 数组
private Entry[] table; 

    // 使用哈希表那么内部就牵涉到哈希因子，当表里的对象超过Threshold就会进行扩容
    private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
          }
    }

}

在get函数中，首先获取到当前的线程t，再根据t获取ThreadLocalMap。

public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

可以看到getMap是在当前线程中取得 ThreadLocalMap ，如果我们移步到Thread类中，每个线程都有的ThreadLocalMap类型变量threadLocals

  ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
    // Thread类
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;

如果map 不为空就把当前线程作为key拿到value，否则就初始化一个null值。

 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;
    }

调用ThreadLocal的remove函数，手动删除不再需要的ThreadLocal，防止内存泄露。所以JDK建议将ThreadLocal变量定义成private static的，这样的话ThreadLocal的生命周期就更长，由于一直存在ThreadLocal的强引用，所以ThreadLocal也就不会被回收，也就能保证任何时候都能根据ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，然后remove它，防止内存泄露。

     public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }

三、使用场景

• Android Handler 使用ThreadLocal 保证每个Activity都只存在一个Looper。
• Spring 使用ThreadLocal解决线程安全问题。如RequestContextHolder，TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等是非线程安全得，采用ThreadLocal进行封装，让它们也成为线程安全的。
• 其他高并发等

四、与同步机制的对比

• Synchronized
         使用线程同步机制，通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的，使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。
• ThreadLocal
         而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。因为每一个线程都拥有自己的变量副本，也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。减少释放对象等繁杂问题。

五、总结

• ThreadLocal 并不解决线程间共享数据的问题。
• ThreadLocal 通过隐式的在不同线程内创建独立实例副本避免了实例线程安全的问题
• 每个线程持有一个 Map 并维护了 ThreadLocal 对象与具体实例的映射，该 Map 由于只被持有它的线程访问，所以不存在线程安全以及锁的问题。
• ThreadLocalMap 的 Entry 对 ThreadLocal 的引用为弱引用，避免了 ThreadLocal 对象无法被回收的问题。
• ThreadLocal 适用于变量在线程间隔离且在方法间共享的场景。