ThreadLocal是什么？

ThreadLocal是Java中的一个类，位于java.lang包下。它提供了一种线程级别的变量存储机制，允许我们在每个线程中存储独立的数据副本。每个线程都可以访问和修改自己线程内部的副本，而不会干扰其他线程的数据。这对于需要在线程之间保留独立状态的场景非常有用。

通常情况下，多个线程共享同一个对象或变量，可能会导致线程安全问题。使用ThreadLocal可以避免这种共享状态导致的问题，因为每个线程都拥有自己的独立副本。

ThreadLocal的使用

使用ThreadLocal通常包含以下步骤：

  1. 创建ThreadLocal对象：首先，我们需要创建一个ThreadLocal对象，它将作为我们在每个线程中存储数据的容器。

ThreadLocal<T> threadLocal = new ThreadLocal<>();

  1. 设置线程的数据：我们可以通过set()方法在当前线程中设置数据。

threadLocal.set(value);

  1. 获取线程的数据：我们可以使用get()方法获取当前线程中存储的数据。

T value = threadLocal.get();

  1. 清除线程的数据（可选）：在某些情况下，我们可能需要清除当前线程中的数据。可以使用remove()方法来清除。

threadLocal.remove();

ThreadLocal实现原理

看一下ThreadLocal源码的set(T)方法，发现先获取到当前线程，再获取ThreadLocalMap，然后把元素存到这个map中。

public void set(T value) {
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //获取ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //讲当前元素存入map
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

ThreadLocal实现的秘密都在这个ThreadLocalMap了，可以Thread类中定义了一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的成员变量threadLocals。

public class Thread implements Runnable {
   //ThreadLocal.ThreadLocalMap是Thread的属性
   ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

ThreadLocalMap既然被称为Map，那么毫无疑问它是<key,value>型的数据结构。我们都知道map的本质是一个个<key,value>形式的节点组成的数组，那ThreadLocalMap的节点是什么样的呢？

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;
​
    //节点类
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        //key赋值
        super(k);
        //value赋值
        value = v;
    }
}

这里的节点，key可以简单低视作ThreadLocal，value为代码中放入的值，当然实际上key并不是ThreadLocal本身，而是它的一个弱引用，可以看到Entry的key继承了 WeakReference（弱引用），再来看一下key怎么赋值的：

public WeakReference(T referent) {
    super(referent);
}

key的赋值，使用的是WeakReference的赋值。

简单总结如下：

  • Thread类有一个类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例变量threadLocals，每个线程都有一个属于自己的ThreadLocalMap。

  • ThreadLocalMap内部维护着Entry数组，每个Entry代表一个完整的对象，key是ThreadLocal的弱引用，value是ThreadLocal的泛型值。

  • 每个线程在往ThreadLocal里设置值的时候，都是往自己的ThreadLocalMap里存，读也是以某个ThreadLocal作为引用，在自己的map里找对应的key，从而实现了线程隔离。

  • ThreadLocal本身不存储值，它只是作为一个key来让线程往ThreadLocalMap里存取值。

ThreadLocal的应用场景

ThreadLocal常用于以下场景：

  1. 保存线程特有的上下文信息：比如用户认证信息，请求信息等。这样在整个请求处理过程中，不需要在方法间传递这些信息，每个方法都可以直接访问到所需数据。

  2. 线程安全的数据共享：有时候需要在多个方法中共享一些数据，但这些数据不是线程安全的。通过使用ThreadLocal，我们可以实现线程安全的数据共享，每个线程拥有自己独立的数据副本，不会相互干扰。

  3. 代替参数传递：在复杂的业务逻辑中，有时候会有很多参数需要传递，使用ThreadLocal可以避免方法签名中过多的参数，使代码更加简洁。

需要注意的是，ThreadLocal虽然能够在一定程度上解决共享状态的问题，但过度使用也可能导致资源泄漏和难以调试的问题。因此，在使用ThreadLocal时，要谨慎设计和确保在合适的时候清理线程的数据，以避免潜在的问题。