java之ThreadLocal詳解

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一、ThreadLocal簡介

ThreadLocal是線程的局部變數，是每一個線程所單獨持有的，其他線程不能對其進行訪問，通常是類中的private static欄位。

我們知道有時候一個對象的變數會被多個線程所訪問，這時就會有安全執行緒問題，當然我們可以使用synchorinized 關鍵字來為此變數加鎖，進行同步處理，從而限制只能有一個線程來使用此變數，但是加鎖會大大影響程式執行效率，此外我們還可以使用ThreadLocal來解決對某一個變數的存取違規問題。

當使用ThreadLocal維護變數的時候 為每一個使用該變數的線程提供一個獨立的變數副本，即每個線程內部都會有一個該變數，這樣同時多個線程訪問該變數並不會彼此相互影響，因此他們使用的都是自己從記憶體中拷貝過來的變數的副本， 這樣就不存線上程安全問題，也不會影響程式的執行效能。

但是要注意，雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題，但是由於在每個線程中都建立了副本，所以要考慮它對資源的消耗，比如記憶體的佔用會比不使用ThreadLocal要大。

二、ThreadLocal源碼分析（1）ThreadLocal方法

ThreadLocal 的幾個方法： ThreadLocal 可以儲存任何類型的變數對象， get返回的是一個Object對象，但是我們可以通過泛型來制定儲存物件的類型。

public T get() { } // 用來擷取ThreadLocal在當前線程中儲存的變數副本public void set(T value) { } //set()用來設定當前線程中變數的副本public void remove() { } //remove()用來移除當前線程中變數的副本protected T initialValue() { } //initialValue()是一個protected方法，一般是用來在使用時進行重寫的

（2）ThreadLocal實現原理1.內部結構

Thread 在內部是通過ThreadLocalMap來維護ThreadLocal變數表， 在Thread類中有一個threadLocals 變數，是ThreadLocalMap類型的，它就是為每一個線程來儲存自身的ThreadLocal變數的。

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

　ThreadLocalMap 是定義在ThreadLocal 類裡的內部類，它的作用是儲存線程的局部變數。ThreadLocalMap 以ThreadLocal的引用作為鍵，以局部變數作為值，儲存在ThreadLocalMap.Entry （一種儲存索引值的資料結構）裡。這是因為在每一個線程裡面，可能存在著多個ThreadLocal變數

static class ThreadLocalMap { static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {        /** The value associated with this ThreadLocal. */        Object value;        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {            super(k);            value = v;        }    }}

2.調用過程

初始時，在Thread裡面，threadLocals為空白，當通過ThreadLocal變數調用get()方法或者set()方法，就會對Thread類中的threadLocals進行初始化，並且以當前ThreadLocal變數為索引值，以ThreadLocal要儲存的副本變數為value，存到threadLocals。
然後在當前線程裡面，如果要使用副本變數，就可以通過get方法在threadLocals裡面尋找

注意：

在進行get之前，必須先set，否則會報null 指標異常；

如果想在get之前不需要調用set就能正常訪問的話，必須重寫initialValue()方法。
　　

ThreadLocal的set(T value)方法

public void set(T value) {  // 獲得當前線程Thread t = Thread.currentThread();  // 獲得當前線程的 ThreadLocalMap 引用，詳細見下ThreadLocalMap map = getMap(t);  // 如果不為空白，則更新局部變數的值if (map != null)  map.set(this, value);  //如果不是第一次使用，先進行初始化else  createMap(t, value);}

內部類ThreadLocalMap的set(ThreadLocal<?> key,Object value)

    private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) { Entry[] tab = table; int len = tab.length;    // Hash 定址，與table數組長度減1（二進位全是1）相與，所以數組長度必須為2的次方，減小hash重複的可能性 int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);   //從hash值計算出的下標開始遍曆 for (Entry e = tab[i];      e != null;      e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {   //獲得該Entry的鍵   ThreadLocal<?> k = e.get();    //如果鍵和傳過來的相同，覆蓋原值，也說明，一個ThreadLocal變數只能為一個線程儲存一個局部變數   if (k == key) {     e.value = value;     return;   }   // 鍵為空白，則替換該節點   if (k == null) {     replaceStaleEntry(key, value, i);     return;   } } tab[i] = new Entry(key, value); int sz = ++size;   //是否需要擴容 if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)   rehash();}

可以看出ThreadLocalMap 採用線性探測再散列解決Hash衝突的問題。即，如果一次Hash計算出來的數組下標被佔用，即hash值重複了，則在該下標的基礎上加1測試下一個下標，直到找到空值。比如說，Hash計算出來下標i為6，table[6] 已經有值了，那麼就嘗試table[7]是否被佔用，依次類推，直到找到空值。以上，就是儲存執行緒區域變數的方法。

TheadLocal的get()方法

public T get() {  //獲得當前線程    Thread t = Thread.currentThread();  //得到當前線程的一個threadLocals 變數ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {  // 如果不為空白，以當前ThreadLocal為主鍵獲得對應的Entry  ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);  if (e != null) {    @SuppressWarnings("unchecked")    T result = (T)e.value;    return result;  }}  //如果值為空白，則進行初始化return setInitialValue();}

ThreadLocal的setInitialValue()方法

private T setInitialValue() {  //獲得初始預設值T value = initialValue();  //得到當前線程Thread t = Thread.currentThread();  // 獲得該線程的ThreadLocalMap引用ThreadLocalMap map = getMap(t);  //不為空白則覆蓋if (map != null)    map.set(this, value);else      //若是為空白，則進行初始化，鍵為本ThreadLocal變數，值為預設值    createMap(t, value);}// 預設初始化返回null值，這也是 下面demo 為什麼需要重寫該方法的原因。如果沒有重寫，第一次get()操作獲得的執行緒區域變數為null，需要進行判斷並手動調用set()進行初始化protected T initialValue() {    return null;}

三、Demo

下面是個ThreadLocal使用的執行個體，兩個任務共用同一個變數，並且兩個任務都把該變數設定為了線程私人變數，這樣，雖然兩個任務都”持有“同一變數，但各自持有該變數的拷貝。因此，當一個線程修改該變數時，不會影響另一線程該變數的值。

package thread.ThreadLocalTest;import java.util.Random;import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** Created by StoneGeek on 2018/8/1.* 部落格地址：http://www.cnblogs.com/sxkgeek*/public class ThreadLocalDemo2 implements Runnable {    // 一般會把 ThreadLocal 設定為static 。它只是個為線程設定局部變數的入口，多個線程只需要一個入口    private static ThreadLocal<Student> localStudent = new ThreadLocal() {    // 一般會重寫初始化方法，一會分析源碼時候會解釋為什麼        @Override        public Student initialValue() {            return new Student();    }};private Student student = null;@Overridepublic void run() {    String threadName = Thread.currentThread().getName();    System.out.println("【" + threadName + "】：is running !");    Random ramdom = new Random();    //隨機產生一個變數    int age = ramdom.nextInt(100);    System.out.println("【" + threadName + "】：set age to :" + age);    // 獲得線程局部變數，改變屬性值    Student stu = getStudent();    stu.setAge(age);    System.out.println("【" + threadName + "】：第一次讀到的age值為 :" + stu.getAge());    try {        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);    } catch (InterruptedException e) {        e.printStackTrace();    }    System.out.println("【" + threadName + "】：第二次讀到的age值為 :" + stu.getAge());}public Student getStudent() {    student = localStudent.get();//         如果不重寫初始化方法，則需要判斷是否為空白，然後手動為ThreadLocal賦值，否則的話會報null 指標異常//        if(student == null){//            student = new Student();//            localStudent.set(student);//        }    return student;}public static void main(String[] args) {    ThreadLocalDemo2 ll = new ThreadLocalDemo2();    Thread t1 = new Thread(ll, "線程1");    Thread t2 = new Thread(ll, "線程2");    t1.start();    t2.start();}}console列印：【線程2】：is running !【線程1】：is running !【線程1】：set age to :67【線程2】：set age to :4【線程1】：第一次讀到的age值為 :67【線程2】：第一次讀到的age值為 :4【線程1】：第二次讀到的age值為 :67【線程2】：第二次讀到的age值為 :4

四、應用情境

最常見的ThreadLocal使用情境為
用來解決 資料庫連接、Session管理等。

資料庫連接

Class A implements Runnable{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;}

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