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感谢作者的辛苦总结！
Java并发编程：深入剖析ThreadLocal
想必很多朋友对ThreadLocal并不陌生，今天我们就来一起探讨下 ThreadLocal的使用方法和实现原理。首先，本文先谈一下对ThreadLocal的理解，然后根据ThreadLocal类的源码分析了其实现 原理和使用需要注意的地方，最后给出了两个应用场景。
以下是本文目录大纲：
一.对ThreadLocal的理解
二.深入解析ThreadLocal类
三.ThreadLocal的应用场景
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：
1 class ConnectionManager {
2
3 private static Connection connect = null;
4
5 public static Connection openConnection() {
6 if(connect == null){
7 connect = DriverManager.getConnection();
8 }
9 return connect;
10 }
11
12 public static void closeConnection() {
13 if(connect!=null)
14 connect.close();
15 }
16 }
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：
1 class ConnectionManager {
2
3 private Connection connect = null;
4
5 public Connection openConnection() {
6 if(connect == null){
7 connect = DriverManager.getConnection();
8 }
9 return connect;
10 }
11
12 public void closeConnection() {
13 if(connect!=null)
14 connect.close();
15 }
16 }
17
18
19 class Dao{
20 public void insert() {
21 ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager();
22 Connection connection = connectionManager.openConnection();
23
24 //使用connection进行操作
25
26 connectionManager.closeConnection();
27 }
28 }
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：
1 public T get() { }
2 public void set(T value) { }
3 public void remove() { }
4 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：
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：
1 public class Test {
2 ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
3 ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();
4
5 public void set() {
6 longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
7 stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
8 }
9
10 public long getLong() {
11 return longLocal.get();
12 }
13
14 public String getString() {
15 return stringLocal.get();
16 }
17
18 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
19 final Test test = new Test();
20
21 System.out.println(test.getLong());
22 System.out.println(test.getString());
23
24 Thread thread1 = new Thread(){
25 public void run() {
26 test.set();
27 System.out.println(test.getLong());
28 System.out.println(test.getString());
29 };
30 };
31 thread1.start();
32 thread1.join();
33
34 System.out.println(test.getLong());
35 System.out.println(test.getString());
36 }
37 }
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：
1 public class Test {
2 ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>(){
3 protected Long initialValue() {
4 return Thread.currentThread().getId();
5 };
6 };
7 ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>(){;
8 protected String initialValue() {
9 return Thread.currentThread().getName();
10 };
11 };
12
13
14 public void set() {
15 longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
16 stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
17 }
18
19 public long getLong() {
20 return longLocal.get();
21 }
22
23 public String getString() {
24 return stringLocal.get();
25 }
26
27 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
28 final Test test = new Test();
29
30 test.set();
31 System.out.println(test.getLong());
32 System.out.println(test.getString());
33
34
35 Thread thread1 = new Thread(){
36 public void run() {
37 test.set();
38 System.out.println(test.getLong());
39 System.out.println(test.getString());
40 };
41 };
42 thread1.start();
43 thread1.join();
44
45 System.out.println(test.getLong());
46 System.out.println(test.getString());
47 }
48 }
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：
1 private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder
2 = new ThreadLocal<Connection>() {
3 public Connection initialValue() {
4 return DriverManager.getConnection(DB_URL);
5 }
6 };
7
8 public static Connection getConnection() {
9 return connectionHolder.get();
10 }
下面这段代码摘自：
http://www.iteye.com/topic/103804
1 private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();
2
3 public static Session getSession() throws InfrastructureException {
4 Session s = (Session) threadSession.get();
5 try {
6 if (s == null) {
7 s = getSessionFactory().openSession();
8 threadSession.set(s);
9 }
10 } catch (HibernateException ex) {
11 throw new InfrastructureException(ex);
12 }
13 return s;
14 }