ThreadLocal示例与原理

多个线程间共享变量，可能会造成线程不安全的问题，需要加锁来实现线程安全，但是加锁会降低系统的吞吐量
但是有些变量就不需要线程间共享。比如数据库连接池里的连接，我们可以通过串行线程封闭技术来安全的使用连接池中的连接。一个线程A从连接池中把连接拿走，连接池保证不把该连接给别的线程，线程A同样不会把连接发布出去，用完之后返回给连接池，这样一个连接总是在一个线程中使用，不会同时被两个线程操作。线程A保存数据库连接就可以使用 ThreadLocal 来保存，可以在多个方法中获取操作数据库，用完删除即可。(生产者和消费者模式也是使用串行线程封闭技术，大家可以考虑下)
ThreadLocal 里的数据，其它线程无法访问，只要使用者不把数据发布出去，就可以安全操作它们。我们来看看如何一个 demo 来看下 ThreadLocal 如何使用：

ThreadLocal与Thread如何绑定

上文我说过 ThreadLocal 会与它所属的 Thread 绑定，这个绑定是什么意思呢，下面我们来看看 Thread的一处源码:

1 2	/* 与此线程相关的ThreadLocal值.这个映射由ThreadLocal类维护 */ ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

ThreadLocal.ThreadLocalMap 类型的 threadLocals属性是保存与当前线程相关的ThreadLocal实例,该map 由ThreadLocal来维护.下面我来看看ThreadLocalMap到底是个什么?
ThreadLocalMap 是一个定制的散列映射,只适用于维护线程本地值.没有任何操作被导出到ThreadLocal类之外.类是包私有的,允许在类线程中声明字段.为了帮助处理非常大且长期存在的用法,哈希表条目对键使用WeakReference.但是由于没有使用引用队列,所以只有在表空间不足时才会删除陈旧的条目

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
     /**与ThreadLocal关联的值。*/
     Object value;
     //key就是ThreadLocal对象本身,而值就是大家想要保存的数据如数据库连接
     Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
         //将k置为弱引用
         super(k);
         value = v;
     }
 }

看了源码可知：ThreadLocalMap是以ThreadLocal实例为健,用户要线程私有化的数据为值的散列表,并且健;还是弱引用类型的
下面我们来讲下ThreadLocal如何与线程关联起来的.ThreadLocal实例在调用set和get的时候,会先获取当前线程的threadLocals属性,判断threadLocals属性是否为空,若不为空则进行获取或者添加操作,否则会创建一个ThreadLocalMap实例赋给当前线程的属性threadLocals;然后往里put一个键值对,当get或set方法时健都是当前ThreadLocal实例,只不过是get时,值为ThreadLocal中initValue方法返回的值,默认为null;方法为set时,则为调用者传进的实参

/**
 * 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值
 * 如果变量没有当前线程的值,则首先将其初始化为调用initialValue方法返回的值
 */
public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的 threadLocals 属性
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        // 若threadLocals属性不为空,以this(当前ThreadLocal)实例为健获取对应的值entry
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            // 若已经设置过值或者有初始值就直接返回
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    // 当前线程的threadLocals属性为空或者没有设置过值时设置初始值
    return setInitialValue();
}

/**
 * 获取与给定线程相关联的ThreadLoal散列表
 * @param  t 当前线程
 * @return 返回对应的ThreadLocalMap
 */
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

/**
 * set方法的变体以建立initialValue.
 * 如果用户已覆盖set()方法,请使用它代替set()
 * @return 初始值
 */
private T setInitialValue() {
    // 调用 initialValue 获取初始值默认为 null
    T value = initialValue();
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的 threadLocals 属性
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        // 如果已经创建与当前线程关联的 ThreadLoal 散列表,则直接设值
        map.set(this, value);
    else
        // 创建与当前线程相关的 ThreadLocal 散列表 并设值
        createMap(t, value);
    return value;
}

/**
 * 创建与当前线程关联的ThreadLocal散列表.并将它赋值给给定线程的threadLocals属性
 * @param t 当前线程
 * @param ThreadLocal散列表第一个Entry的初始值
 */
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

set

/**
 * 向当前线程的线程私有变量设置指定的值
 * 大多数子类将不需要重写这个方法,仅仅依靠initialValue方法来设置线程局部变量的值
 */
public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的 threadLocals 属性
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        // 如果已经创建与当前线程关联的ThreadLoal散列表,则直接设值
        map.set(this, value);
    else
        // 创建与当前线程相关的ThreadLocal散列表,并设值
        createMap(t, value);
}

下面我们用一张图来概括下线程,线程私有变量以及用户定义的数据之间的关系,加深我们的理解：

上图中Entry中的key是弱引用类型的,因此用户程序使用完ThreadLocal对象之后忘记调用remove方法,下一次GC会把只有一个弱引用的ThreadLocal回收掉,此时key指向null,则无论谁都不能访问到该key对应的value对象,只要线程实例不退出就无法释放,如果value对象占用内存很大,则可能会造成OOM.但是ThreadLocalMap底层会对key为null的value进行清理