threadlocal 原理详解

ThreadLocal的基本概念
在多线程并发中，我们需要保证共享变量（临界区）的安全性，因此在前面说起过synchronized和Lock锁，其中synchronized锁可以修饰方法或代码块，Lock锁可以修饰代码块，保证同一时刻只能有一个线程拿到锁资源。而对于今天的ThreadLocal，与它 “哥俩” 有着本质的区别。

ThreadLocal，顾名思义，本地线程，可以使线程间的数据隔离，以此来解决多线程同时访问共享变量的安全性。ThreadLocal类位于java.lang包下，是JDK提供的一个类。在使用ThreadLocal类访问共享变量时，会在每个线程的本地内存中保存一份共享变量的副本，各个线程可以操作自己内存中的这个“共享变量”，并且不会互相干扰，这样就可以保证线程安全性。

我们首先以一个例子解释ThreadLocal的用法，代码如下：

package ThreadLocal;

public class ThreadLocalTest {
    //声明threadLocal为静态字段
    public static final ThreadLocal<String> threadLocal=new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1=new Thread(()->{
            threadLocal.set(Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("Thread1中共享变量的副本:"+threadLocal.get());
            System.out.println("Thread1中未共享变量的副本，值为:"+threadLocal.get());
        },"Thread==>1");
        Thread thread2=new Thread(()->{
            System.out.println(  );
            threadLocal.set(Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("Thread2中共享变量的副本:"+threadLocal.get());
            System.out.println("删除后...");
            threadLocal.remove();
            System.out.println("Thread2中未共享变量的副本，值为:"+threadLocal.get());

        },"Thread==>2");
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
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首先定义一个用final修饰的ThreadLocal类型的成员变量threadLocal，之后在线程1和线程2中调用set()方法保存了本地变量，在线程1的副本中，直接调用get()方法获取到线程1保存的本地变量，在线程2中先设置，打印，然后再删除，打印，看得到线程2中的本地变量已经删除掉了，而线程1中的本地变量仍然存在。线程1中存储的本地变量只能线程1来访问，线程2中存储的本地变量只能线程2来访问，它们两个之间是互不干扰的。


 

ThreadLocal的核心原理
在介绍完ThreadLocal的概念和用法后，接下来介绍一下ThreadLocal的核心原理。

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
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由上面的源码可以看出，每个线程保存本地变量实际上是保存在threadLocals中的，并不是保存在ThreadLocal实例对象中的。当线程第一次调用ThreadLocal的set()方法和get()方法会实例化对象，ThreadLocal类提供了set()和get()方法，用来存储和读取线程本地变量的值。调用set()方法会把要存储的值存储在调用方法的线程的threadLocal变量中，调用get()方法会从当前线程的threadLocals变量中获取保存的值。下面对ThreadLocal类中的方法进行分析。

ThreadLocal类中的方法
ThreadLocal类中有get()，set()，remove()方法等，下面对源码进行解析。

ThreadLocal类中的set()方法
在ThreadLocal类中，set()方法源码如下：

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }
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  ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
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首先会调用Thread类中的方法获取到当前线程，然后在map集合中查找是否存在当前线程，如果存在当前线程则返回当前线程的threadLocals变量，如果不存在则getMap()方法返回null，接下来对返回的结果进行判断，如果不为空的话直接把value值设置到threadLocals成员变量中，this键值表示当前ThreadLocal的对象。如果threadLocals成员变量为null的话，会新建一个ThreadLocalMap，同时实例化当前线程的threadLocals成员变量来保存当前的value值。

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
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ThreadLocal类中的get()方法
点击进入ThreadLocal类中get()方法的源码：

    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();
    }
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首先获取当前线程，在ThreadLocalMap集合中查找以当前线程为键值的threadLocals变量，然后判断threadLocals成员变量是否为null，如果不为null，则返回当前线程的threadLocals成员变量中存储的本地变量的值；如果为null，则调用setInitialValue()来初始化threadLocals成员变量并返回，对于setInitialValue()方法，源码如下：

    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;
    }
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initialValue()方法源码：

    protected T initialValue() {
        return null;
    }
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首先先调用initialValue()方法，都会先返回null，然后获取当前的线程，以当前线程为key值，获取ThreadLocalMap集合中对应的threadLocals成员变量，如果得到的threadLocals不为null，则调用set()方法进行设置，如果为null则调用createMap(t, value)，并传入value=null值，返回value的值。

ThreadLocal类中的remove()方法
点击进入ThreadLocal类中的remove()方法，源码如下：

     public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }
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首先会根据当前线程得到threadLocals成员变量的值，如果threadLocals不为null的话，直接移除当前ThreadLocal对象对应的value值。

InheritableThreadLocal类的引入
使用ThreadLocal存储本地变量的时候，主线程和子线程之间不具有继承性，即在主线程之间使用ThreadLocal对象实例保存本地变量的时候，在主线程中新建一个子线程，通过同一个ThreadLocal对象，在子线程中是无法获得主线程中保存的值的，通过以下例子可以看出：

package ThreadLocal;

class Inheritable {
    public static final ThreadLocal<String> threadLocal=new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        threadLocal.set("hello world");
        System.out.println("主线程中获取到的本地变量值为:"+threadLocal.get());
        Thread thread1=new Thread(()->{
            System.out.println("子线程中获取到的本地变量值为:"+threadLocal.get());
        },"Thread1");
        thread1.start();
    }
}
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运行之后可以得到如下结果：


 

因此可以得出结论：主线程通过ThreadLocal保存值后，子线程通过相同的ThreadLocal实例对象是获取不到主线程中保存的本地变量值的。

但是我们将 public static final InheritableThreadLocal<String>threadLocal=new InheritableThreadLocal<String>();改为此之后，得到的结果如下：