JDK源码学习之ThreadLocal

ThreadLocal是什么

早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类能够很简洁地编写出优美的多线程程序。

ThreadLocal很容易让人望文生义，想固然地认为是一个“本地线程”。其实，ThreadLocal并非一个Thread，而是Thread的局部变量，也许把它命名为ThreadLocalVariable更容易让人理解一些。

当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每一个使用该变量的线程提供独立的变量副本，因此每个线程均可以独立地改变本身的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

从线程的角度看，目标变量就象是线程的本地变量，这也是类中“Local”所要表达的意思。

线程局部变量并非Java的新发明，不少语言（如IBM IBM XL FORTRAN）在语法层面就提供线程局部变量。在Java中没有提供在语言级支持，而是变相地经过ThreadLocal的类提供支持。

因此，在Java中编写线程局部变量的代码相对来讲要笨拙一些，所以形成线程局部变量没有在Java开发者中获得很好的普及。

ThreadLocal的接口方法 ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，咱们先来了解一下：

void set(Object value) 设置当前线程的线程局部变量的值。

public Object get() 该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

public void remove() 将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减小内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。须要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，因此显式调用该方法清除线程的局部变量并非必须的操做，但它能够加快内存回收的速度。

protected Object initialValue() 返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，而且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal。API方法也相应进行了调整，新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。 ThreadLocal是如何作到为每个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每个线程的变量副本

set源码以下：

/**
     * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
     * to the specified value.  Most subclasses will have no need to 
     * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
     * method to set the values of thread-locals.
     *
     * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
     *        this thread-local.
     */
    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

首先经过getMap(Thread t)方法获取一个和当前线程相关的ThreadLocalMap，而后将变量的值设置到这个ThreadLocalMap对象中，固然若是获取到的ThreadLocalMap对象为空，就经过createMap方法建立。

线程隔离的秘密，就在于ThreadLocalMap这个类。ThreadLocalMap是ThreadLocal类的一个静态内部类，它实现了键值对的设置和获取（对比Map对象来理解），每一个线程中都有一个独立的ThreadLocalMap副本，它所存储的值，只能被当前线程读取和修改。ThreadLocal类经过操做每个线程特有的ThreadLocalMap副本，从而实现了变量访问在不一样线程中的隔离。由于每一个线程的变量都是本身特有的，彻底不会有并发错误。还有一点就是，ThreadLocalMap存储的键值对中的键是this对象指向的ThreadLocal对象，而值就是你所设置的对象了。

Thread同步机制的比较

ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优点呢？ThreadLocal和线程同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。

在同步机制中，经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何时对变量进行读写，何时须要锁定某个对象，何时释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。

而ThreadLocal则从另外一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal会为每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。由于每个线程都拥有本身的变量副本，从而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，能够把不安全的变量封装进ThreadLocal。

因为ThreadLocal中能够持有任何类型的对象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object对象，须要强制类型转换。但JDK 5.0经过泛型很好的解决了这个问题，在必定程度地简化ThreadLocal的使用，代码清单 9 2就使用了JDK 5.0新的ThreadLocal版本。

归纳起来讲，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不一样的线程排队访问，然后者为每个线程都提供了一份变量，所以能够同时访问而互不影响。

Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题

咱们知道在通常状况下，只有无状态的Bean才能够在多线程环境下共享，在Spring中，绝大部分Bean均可以声明为singleton做用域。就是由于Spring对一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态，由于有状态的Bean就能够在多线程中共享了。

小结

ThreadLocal是解决线程安全问题一个很好的思路，它经过为每一个线程提供一个独立的变量副本解决了变量并发访问的冲突问题。在不少状况下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步机制解决线程安全问题更简单，更方便，且结果程序拥有更高的并发性。