談談Java中的ThreadLocal

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什麼是ThreadLocal

　　ThreadLocal一般稱為執行緒區域變數，它是一種特殊的線程綁定機制，將變數與線程綁定在一起，為每一個線程維護一個獨立的變數副本。通過ThreadLocal可以將對象的可見範圍限制在同一個線程內。

跳出誤區

　　需要重點強調的的是，不要拿ThreadLocal和synchronized做類比，因為這種比較壓根就是無意義的！sysnchronized是一種互斥同步機制，是為了保證在多線程環境下對於共用資源的正確訪問。而ThreadLocal從本質上講，無非是提供了一個“線程級”的變數範圍，它是一種線程封閉（每個線程獨享變數）技術，更直白點講，ThreadLocal可以理解為將對象的作用範圍限制在一個線程上下文中，使得變數的範圍為“線程級”。

　　沒有ThreadLocal的時候，一個線程在其聲明周期內，可能穿過多個層級，多個方法，如果有個對象需要在此線程周期內多次調用，且是跨層級的（線程內共用），通常的做法是通過參數進行傳遞；而ThreadLocal將變數綁定線上程上，在一個線程周期內，無論“你身處何地”，只需通過其提供的get方法就可輕鬆擷取到對象。極大地提高了對於“線程級變數”的訪問便利性。

來看個簡單的例子

　　假設我們要為每個線程關聯一個唯一的序號，在每個線程周期內，我們需要多次訪問這個序號，這時我們就可以使用ThreadLocal了.（當然下面這個例子沒有完全體現出跨層級跨方法的調用，理解就可以了）

package concurrent;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/** * Created by chengxiao on 2016/12/12. */public class ThreadLocalDemo {    public static void main(String []args){        for(int i=0;i<5;i++){            final Thread t = new Thread(){                @Override                public void run(){                    System.out.println("當前線程:"+Thread.currentThread().getName()+",已指派ID:"+ThreadId.get());                }            };            t.start();        }    }    static   class ThreadId{        //一個遞增的序列，使用AtomicInger原子變數保證安全執行緒        private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);        //執行緒區域變數，為每個線程關聯一個唯一的序號        private static final ThreadLocal<Integer> threadId =                new ThreadLocal<Integer>() {                    @Override                    protected Integer initialValue() {                        return nextId.getAndIncrement();//相當於nextId++,由於nextId++這種操作是個複合操作而非原子操作，會有安全執行緒問題(可能在初始化時就擷取到相同的ID，所以使用原子變數                    }                };       //返回當前線程的唯一的序列，如果第一次get，會先調用initialValue，後面看源碼就瞭解了        public static int get() {            return threadId.get();        }    }}

執行結果,可以看到每個線程都分配到了一個唯一的ID，同時在此線程範圍內的"任何地點"，我們都可以通過ThreadId.get()這種方式直接擷取。

當前線程:Thread-4,已指派ID:1當前線程:Thread-0,已指派ID:0當前線程:Thread-2,已指派ID:3當前線程:Thread-1,已指派ID:4當前線程:Thread-3,已指派ID:2 

看看源碼

 set操作，為線程綁定變數

 public void set(T value) {    Thread t = Thread.currentThread();//1.首先擷取當前線程對象        ThreadLocalMap map = getMap(t);//2.擷取該線程對象的ThreadLocalMap        if (map != null)            map.set(this, value);//如果map不為空白，執行set操作，以當前threadLocal對象為key，實際儲存物件為value進行set操作        else            createMap(t, value);//如果map為空白，則為該線程建立ThreadLocalMap    }

可以看到，ThreadLocal不過是個入口，真正的變數是綁定線上程上的。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {    return t.threadLocals;//線程對象持有ThreadLocalMap的引用}

下面給是Thread類中的定義，每個線程對象都擁有一個ThreadLocalMap對象

    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

現在，我們能看出ThreadLocal的設計思想了：

1.ThreadLocal僅僅是個變數訪問的入口；

2.每一個Thread對象都有一個ThreadLocalMap對象，這個ThreadLocalMap持有對象的引用；

3.ThreadLocalMap以當前的threadlocal對象為key，以真正的儲存物件為value。get時通過threadlocal執行個體就可以找到綁定在當前線程上的對象。

乍看上去，這種設計確實有些繞。我們完全可以在設計成Map<Thread,T>這種形式，一個線程對應一個儲存物件。ThreadLocal這樣設計的目的主要有兩個：

　　一是可以保證當前線程結束時相關對象能儘快被回收；二是ThreadLocalMap中的元素會大大減少，我們都知道map過大更容易造成雜湊衝突而導致效能變差。

我們再來看看get方法

 public T get() {     Thread t = Thread.currentThread();//1.首先擷取當前線程         ThreadLocalMap map = getMap(t);//2.擷取線程的map對象         if (map != null) {//3.如果map不為空白，以threadlocal執行個體為key擷取到對應Entry，然後從Entry中取出對象即可。             ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);             if (e != null)                 return (T)e.value;         }         return setInitialValue();//如果map為空白，也就是第一次沒有調用set直接get（或者調用過set，又調用了remove）時，為其設定初始值     }

setInitialValue

 1  private T setInitialValue() { 2         T value = initialValue();//擷取初始值 3         Thread t = Thread.currentThread(); 4         ThreadLocalMap map = getMap(t); 5         if (map != null) 6             map.set(this, value); 7         else 8             createMap(t, value); 9         return value;10     }

initialValue方法，預設是null，存取權限是protected，即允許重寫。

1 protected T initialValue() {2         return null;3     }

 談到這兒，我們應該已經對ThreadLocal的設計目的及設計思想有一定的瞭解了。

線程獨享變數？

　　還有一個會引起疑惑的問題，我們說ThreadLocal為每一個線程維護一個獨立的變數副本，那麼是不是說各個線程之間真正的做到對於對象的“完全自治”而不對其他線程的對象產生影響呢？其實這已經不屬於對於ThreadLocal的討論，而是你出於何種目的去使用ThreadLocal。如果我們為一個線程關聯的對象是“完全獨享”的，也就是每個線程擁有一整套的新的 棧中的對象引用+堆中的對象，那麼這種情況下是真正的徹底的“線程獨享變數”，相當於一種深度拷貝，每個線程自己玩自己的，對該對象做任何的操作也不會對別的線程有任何影響。

　　另一種更普遍的情況，所謂的獨享變數副本，其實也就是每個線程都擁有一個獨立的對象引用，而堆中的對象還是線程間共用的，這種情況下，自然還是會涉及到對共用資源的訪問操作，依然會有線程不安全的風險。所以說，ThreadLocal無法解決安全執行緒問題。

　　所以，需不需要完全獨享變數，進行完全隔離，就取決於你的應用情境了。可以想象，對象過大的時候，如果每個線程都有這麼一份“深拷貝”，並發又比較大，對於伺服器的壓力自然是很大的。像web開發中的servlet，servlet是線程不安全的，一請求一線程，多個線程共用一個servlet對象；而早期的CGI設計中，N個請求就對應N個對象，並發量大了之後效能自然就很差。

　　ThreadLocal在spring的交易管理，包括Hibernate的session管理等都有出現，在web開發中，有時會用來系統管理使用者會話 HttpSession，web互動中這種典型的一請求一線程的情境似乎比較適合使用ThreadLocal，但是需要特別注意的是，由於此時session與線程關聯，而tomcat這些web伺服器多會採用線程池機制，也就是說線程是可複用的，所以在每一次進入的時候都需要重新進行set，或者在結束時及時remove。

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