Java 超详细讲解ThreadLocal类的使用

目录

• Threadlocal有什么用：
• ThreadLocal使用实例
• API介绍
• ThreadLocal的使用
• Threadlocal 的源码分析
• 原理
• 源码
• 内部类ThreadLocalMap
• ThreadLocalMap存储位置
• Key的弱引用问题
• java中的四种引用
• 总结：

Threadlocal有什么用：

简单的说就是，一个ThreadLocal在一个线程中是共享的，在不同线程之间又是隔离的（每个线程都只能看到自己线程的值）。如下图：

ThreadLocal使用实例

API介绍

在使用Threadlocal之前我们先看以下它的API：

ThreadLocal类的API非常的简单，在这里比较重要的就是get()、set()、remove(),set用于赋值操作，get用于获取变量的值，remove就是删除当前变量的值.需要注意的是initialValue方法会在第一次调用时被触发，用于初始化当前变量值，默认情况下initialValue返回的是null。

ThreadLocal的使用

说完了ThreadLocal类的API了，那我们就来动手实践一下了，来理解前面的那句话：一个ThreadLocal在一个线程中是共享的，在不同线程之间又是隔离的（每个线程都只能看到自己线程的值）

public class ThreadLocalTest {

    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>() {
	// 重写这个方法，可以修改“线程变量”的初始值，默认是null
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //一号线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("一号线程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(1);
                System.out.println("一号线程set后：" + threadLocal.get());
            }
        }).start();

        //二号线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("二号线程set前：" + threadLocal.get());
                threadLocal.set(2);
                System.out.println("二号线程set后：" + threadLocal.get());

            }
        }).start();

        //主线程睡1s
        Thread.sleep(1000);

        //主线程
        System.out.println("主线程的threadlocal值：" + threadLocal.get());

    }

}

稍微解释一下上面的代码：

每一个ThreadLocal实例就类似于一个变量名，不同的ThreadLocal实例就是不同的变量名，它们内部会存有一个值（暂时这么理解）在后面的描述中所说的“ThreadLocal变量或者是线程变量”代表的就是ThreadLocal类的实例。

在类中创建了一个静态的 “ThreadLocal变量”，在主线程中创建两个线程，在这两个线程中分别设置ThreadLocal变量为1和2。然后等待一号和二号线程执行完毕后，在主线程中查看ThreadLocal变量的值。

程序结果及分析

程序结果重点看的是主线程输出的是0，如果是一个普通变量，在一号线程和二号线程中将普通变量设置为1和2，那么在一二号线程执行完毕后在打印这个变量，输出的值肯定是1或者2（到底输出哪一个由操作系统的线程调度逻辑有关）。但使用ThreadLocal变量通过两个线程赋值后，在主线程程中输出的却是初始值0。在这也就是为什么“一个ThreadLocal在一个线程中是共享的，在不同线程之间又是隔离的”，每个线程都只能看到自己线程的值，这也就是 ThreadLocal的核心作用：实现线程范围的局部变量。

Threadlocal 的源码分析

原理

每个Thread对象都有一个ThreadLocalMap，当创建一个ThreadLocal的时候，就会将该ThreadLocal对象添加到该Map中，其中键就是ThreadLocal，值可以是任意类型。 这句话刚看可能不是很懂，下面我们一起看完源码就明白了。

前面我们的理解是所有的常量值或者是引用类型的引用都是保存在ThreadLocal实例中的，但实际上不是的，这种说法只是让我们更好的理解ThreadLocal变量这个概念。向ThreadLocal存入一个值，实际上是向当前线程对象中的ThreadLocalMap存入值，ThreadLocalMap我们可以简单的理解成一个Map，而向这个Map存值的key就是ThreadLocal实例本身。

源码

也就是说，想要存入的ThreadLocal中的数据实际上并没有存到ThreadLocal对象中去，而是以这个ThreadLocal实例作为key存到了当前线程中的一个Map中去了，获取ThreadLocal的值时同样也是这个道理。这也就是为什么ThreadLocal可以实现线程之间隔离的原因了。

内部类ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，实现了一套自己的Map结构

ThreadLocalMap属性：

        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        //初始容量16
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
        //散列表
        private Entry[] table;
        //entry 有效数量
        private int size = 0;
        //负载因子
        private int threshold;

ThreadLocalMap设置ThreadLocal 变量

    private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            //与运算  & (len-1) 这就是为什么 要求数组len 要求2的n次幂
            //因为len减一后最后一个bit是1 与运算计算出来的数值下标 能保证全覆盖
            //否者数组有效位会减半
            //如果是hashmap 计算完下标后 会增加链表 或红黑树的查找计算量
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            // 从下标位置开始向后循环搜索  不会死循环  有扩容因子 必定有空余槽点
            for (Entry e = tab[i];   e != null;  e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                //一种情况 是当前引用 返回值
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
                //槽点被GC掉 重设状态
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
			//槽点为空 设置value
            tab[i] = new Entry(key, value);
            //设置ThreadLocal数量
            int sz = ++size;

			//没有可清理的槽点 并且数量大于负载因子 rehash
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

ThreadLocalMap属性介绍