Java ThreadLocal详解_动力节点Java学院整理

一.对threadlocal的理解

threadlocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道threadlocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

这句话从字面上看起来很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

我们还是先来看一个例子：

class connectionmanager {

  private static connection connect = null;

  public static connection openconnection() {
    if(connect == null){
      connect = drivermanager.getconnection();
    }
    return connect;
  }

  public static void closeconnection() {
    if(connect!=null)
      connect.close();
  }
}

假设有这样一个数据库链接管理类，这段代码在单线程中使用是没有任何问题的，但是如果在多线程中使用呢？很显然，在多线程中使用会存在线程安全问题：

第一，这里面的2个方法都没有进行同步，很可能在openconnection方法中会多次创建connect；

第二，由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程调用closeconnection关闭链接。

所以出于线程安全的考虑，必须将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理。

这样将会大大影响程序执行效率，因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候，其他线程只有等待。

那么大家来仔细分析一下这个问题，这地方到底需不需要将connect变量进行共享？事实上，是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。

到这里，可能会有朋友想到，既然不需要在线程之间共享这个变量，可以直接这样处理，在每个需要使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库链接，然后在方法调用完毕再释放这个连接。比如下面这样：

class connectionmanager {

  private connection connect = null;

  public connection openconnection() {
    if(connect == null){
      connect = drivermanager.getconnection();
    }
    return connect;
  }

  public void closeconnection() {
    if(connect!=null)
      connect.close();
  }
}


class dao{
  public void insert() {
    connectionmanager connectionmanager = new connectionmanager();
    connection connection = connectionmanager.openconnection();

    //使用connection进行操作

    connectionmanager.closeconnection();
  }
}

这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不尽严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。

那么这种情况下使用threadlocal是再适合不过的了，因为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。

但是要注意，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。

二.深入解析threadlocal类

在上面谈到了对threadlocal的一些理解，那我们下面来看一下具体threadlocal是如何实现的。

先了解一下threadlocal类提供的几个方法：

public t get() { }
public void set(t value) { }
public void remove() { }
protected t initialvalue() { }

get()方法是用来获取threadlocal在当前线程中保存的变量副本，set()用来设置当前线程中变量的副本，remove()用来移除当前线程中变量的副本，initialvalue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，它是一个延迟加载方法，下面会详细说明。

首先我们来看一下threadlocal类是如何为每个线程创建一个变量的副本的。

先看下get方法的实现：

第一句是取得当前线程，然后通过getmap(t)方法获取到一个map，map的类型为threadlocalmap。然后接着下面获取到<key,value>键值对，注意这里获取键值对传进去的是  this，而不是当前线程t。

如果获取成功，则返回value值。

如果map为空，则调用setinitialvalue方法返回value。

我们上面的每一句来仔细分析：

首先看一下getmap方法中做了什么：

可能大家没有想到的是，在getmap中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadlocals。

那么我们继续取thread类中取看一下成员变量threadlocals是什么：

实际上就是一个threadlocalmap，这个类型是threadlocal类的一个内部类，我们继续取看threadlocalmap的实现：

可以看到threadlocalmap的entry继承了weakreference，并且使用threadlocal作为键值。

然后再继续看setinitialvalue方法的具体实现：

很容易了解，就是如果map不为空，就设置键值对，为空，再创建map，看一下createmap的实现：

至此，可能大部分朋友已经明白了threadlocal是如何为每个线程创建变量的副本的：

首先，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）。

初始时，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。

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。

下面通过一个例子来证明通过threadlocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果：

public class test {
  threadlocal<long> longlocal = new threadlocal<long>();
  threadlocal<string> stringlocal = new threadlocal<string>();


  public void set() {
    longlocal.set(thread.currentthread().getid());
    stringlocal.set(thread.currentthread().getname());
  }

  public long getlong() {
    return longlocal.get();
  }

  public string getstring() {
    return stringlocal.get();
  }

  public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
    final test test = new test();


    test.set();
    system.out.println(test.getlong());
    system.out.println(test.getstring());


    thread thread1 = new thread(){
      public void run() {
        test.set();
        system.out.println(test.getlong());
        system.out.println(test.getstring());
      };
    };
    thread1.start();
    thread1.join();

    system.out.println(test.getlong());
    system.out.println(test.getstring());
  }
}

这段代码的输出结果为：

从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread1线程中，longlocal保存的副本值和stringlocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。

总结一下：
　　1）实际的通过threadlocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadlocals中的；

　　2）为何threadlocals的类型threadlocalmap的键值为threadlocal对象，因为每个线程中可有多个threadlocal变量，就像上面代码中的longlocal和stringlocal；

　　3）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；

如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialvalue()方法。

因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setinitialvalue方法返回i，而在setinitialvalue方法中，有一个语句是t value = initialvalue()， 而默认情况下，initialvalue方法返回的是null。

看下面这个例子：

public class test {
  threadlocal<long> longlocal = new threadlocal<long>();
  threadlocal<string> stringlocal = new threadlocal<string>();

  public void set() {
    longlocal.set(thread.currentthread().getid());
    stringlocal.set(thread.currentthread().getname());
  }

  public long getlong() {
    return longlocal.get();
  }

  public string getstring() {
    return stringlocal.get();
  }

  public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
    final test test = new test();

    system.out.println(test.getlong());
    system.out.println(test.getstring());

    thread thread1 = new thread(){
      public void run() {
        test.set();
        system.out.println(test.getlong());
        system.out.println(test.getstring());
      };
    };
    thread1.start();
    thread1.join();

    system.out.println(test.getlong());
    system.out.println(test.getstring());
  }
}

在main线程中，没有先set，直接get的话，运行时会报空指针异常。

但是如果改成下面这段代码，即重写了initialvalue方法：

public class test {
  threadlocal<long> longlocal = new threadlocal<long>(){
    protected long initialvalue() {
      return thread.currentthread().getid();
    };
  };
  threadlocal<string> stringlocal = new threadlocal<string>(){;
    protected string initialvalue() {
      return thread.currentthread().getname();
    };
  };


  public void set() {
    longlocal.set(thread.currentthread().getid());
    stringlocal.set(thread.currentthread().getname());
  }

  public long getlong() {
    return longlocal.get();
  }

  public string getstring() {
    return stringlocal.get();
  }

  public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
    final test test = new test();

    test.set();
    system.out.println(test.getlong());
    system.out.println(test.getstring());


    thread thread1 = new thread(){
      public void run() {
        test.set();
        system.out.println(test.getlong());
        system.out.println(test.getstring());
      };
    };
    thread1.start();
    thread1.join();

    system.out.println(test.getlong());
    system.out.println(test.getstring());
  }
}

就可以直接不用先set而直接调用get了。

三.threadlocal的应用场景

最常见的threadlocal使用场景为 用来解决 数据库连接、session管理等。

如：

private static threadlocal<connection> connectionholder
= new threadlocal<connection>() {
public connection initialvalue() {
  return drivermanager.getconnection(db_url);
}
};

public static connection getconnection() {
return connectionholder.get();
}

private static final threadlocal threadsession = new threadlocal();

public static session getsession() throws infrastructureexception {
  session s = (session) threadsession.get();
  try {
    if (s == null) {
      s = getsessionfactory().opensession();
      threadsession.set(s);
    }
  } catch (hibernateexception ex) {
    throw new infrastructureexception(ex);
  }
  return s;
}