Java并发编程：ThreadLocal的理解

前言

java内存模型

java虚拟机，模仿真实的计算机结构，为java中各个变量、实例分配内存空间。主要有：

1. 方法区：类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码数据。方法区包括运行时常量池：字面量、符号引用
2. 堆：线程共享的内存区域，存放对象实例
3. 程序计数器：
4. 虚拟机栈：线程私有数据区域，每个方法执行时都会创建一个栈帧，存储方法的变量表、操作数栈、动态链接、返回值、返回地址等信息。
5. 本地方法栈：线程私有数据区域，与native代码相关。

ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。
虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用ThreadLocal要大。

ThreadLocal类

ThreadLocal是如何为每个变量建立副本的。

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();
}

获取当前线程的ThreadLocalMap，获取成功则返回value值，失败则调用setInitialValue()。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

threadLoacls是一个ThreadLoaclMap类型，他是ThreadLoacl类的内部类：

static class ThreadLocalMap {

    /**
     * The entries in this hash map extend WeakReference, using
     * its main ref field as the key (which is always a
     * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
     * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
     * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
     * as "stale entries" in the code that follows.
     */
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
        /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;

        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }
    ....
}

Entry类是ThreadLocalMap的内部类，且继承自WeakReference，并且使用ThreadLoacl类型作为键值。

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;
}

void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

1. 在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）
2. 在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。
3. 然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

通俗说明就是，每个线程在创建的时候都会创建自己ThreadLocal类型的私有对象，通过这个私有对象作为Thread里的map的key值，可以找出对应的value，从而达到线程间value复制且不相互影响的作用。