多線程之ThreadLocal了解、應用及源碼分析

        一、引入：為什麼要使用ThreadLocal

        之前，在某位大牛的一篇文章中，看到了實作線程安全的幾個層次，分别是：

        1、使用無狀态的對象

              無狀态對象也就是不變的對象，它是最安全的，是以不需要考慮線程間同步等安全性問題；

        2、做到線程封閉

              線程封閉就是把對象封裝到單個線程裡，隻有這一個線程才能看到該對象；

        3、采用同步技術

              比如采用synchronized關鍵字，鎖定某個類、某個方法或者某個代碼塊，或者使用互斥鎖、讀寫鎖等鎖技術，最根本的就是讓某個對象，或者某個方法，或者某個代碼塊，在某一時刻，始終隻能有一個線程操縱。

        對于第一個使用無狀态的對象，它的應用場景非常有限，而大型複雜系統，往往需要大量有狀态的對象；而對于第三個采用同步技術，它的實作比較複雜，需要考慮線程間同步問題，稍有不慎，就會寫出錯誤的代碼，帶來毀滅性的打擊，并且，線程間同步技術需要使用鎖等，使得很多線程可能處于等待狀态，會帶來性能方面的消耗。

        我們今天單說下線程封閉。何謂線程封閉？線程封閉就是把對象封裝到單個線程裡，隻有這一個線程才能看到該對象。它可以通過以下三種方式實作：

        1、ad-hoc線程封閉；

        2、棧封閉；

        3、使用ThreadLocal。

        ad-hoc線程封閉就是完全靠實作者控制的線程封閉，這個我們今天不說。而棧封閉雖然概念顯得高大上，其實就一句話，多使用局部變量。為什麼呢？這就要從JVM的運作時記憶體模型說起，局部變量的引用是保持線上程棧中的，隻對目前線程可見，其他線程不可見，是以說局部變量是線程安全的。而第三種方式--使用ThreadLocal，那麼問題來了，ThreadLocal是什麼，它又是如何實作線程封閉的呢？

        二、入題：什麼是ThreadLocal

        ThreadLocal有一個名稱，叫做線程本地變量。它為變量在每個線程中都建立了一個副本，那麼每個線程可以通路自己内部的副本變量。由此可知，它采用了一種空間換時間的政策，來保證線程間的安全性。它實際上也是程式控制線程封閉的一種機制，不過這種機制是Java自身提供的罷了。

        三、了解：ThreadLocal内部是如何實作的？

        既然ThreadLocal為變量在每個線程中都建立了一個副本，那麼我們先來看下它是如何存取的。在此之間，我們先介紹下線程Thread類中一個十分重要的成員變量threadLocals，其定義如下：

        實際上，ThreadLocalMap就是一種Map結構的資料類型。它的Key為ThreadLocal執行個體，而value則是任意一個Object。而ThreadLocalMap中存儲key-value的是其内部類Entry，定義如下：

        它繼承自WeakReference，是對ThreadLocal執行個體的一種弱引用。而弱引用的作用其實很簡單，當一個對象僅僅被weak reference指向, 而沒有任何其他strong reference指向的時候, 如果GC運作, 那麼這個對象就會被回收。

        好了，言歸正傳。我們還是先說下ThreadLocal是如何為變量在每個線程中都建立了一個副本，也就是它的存取方法。

        先看存，存是依靠ThreadLocal的set()方法實作的，代碼如下：

        邏輯比較簡單，大體流程如下：

        1、擷取目前線程t；

        2、調用getMap()方法，獲得目前線程t對應的ThreadLocalMap，即map：

              ThreadLocalMap中存儲的是ThreadLocal執行個體到value的映射，而value就是我們想線上程中持有的變量副本；

        3、判斷map是否存在：

              3.1、如果map存在，将目前ThreadLocal執行個體this與傳入的value映射關系放入map；

              3.2、如果map不存在，調用createMap()方法，建立目前線程t對應的ThreadLocalMap，并加入value值。

        我們先看下getMap()方法，代碼如下：

        getMap()方法其實擷取就是上面我們提到過的對應線程t的threadLocals變量。

        接下來，我們再看下createMap()方法，代碼如下：

        createMap()方法就是構造一個ThreadLocalMap執行個體，指派給線程t的threadLocals變量。而構造ThreadLocalMap執行個體時，傳入的key為目前ThreadLocal執行個體this，value則是我們想線上程中持有的變量副本。

        存資料講完了，我們再看下取資料。而取資料則是通過ThreadLocal的get()方法實作的，代碼如下：

        取資料的get()方法也比較簡單，大體邏輯如下：

        1、獲得目前線程t；

        3、判斷map是否為空：

              3.1、如果map不為空，利用目前ThreadLocal執行個體this，從map中擷取對應的條目Entry，即e，Entry的key就是ThreadLocal執行個體this，value對應為實際需要的value；如果e不為空，直接傳回e中的value，并轉化為T類型；

              3.2、如果map為空，調用setInitialValue()傳回value。

        getMap()方法我們在上面已經講解過了，這裡我們隻看下setInitialValue()方法，代碼如下：

        setInitialValue()方法，說白了，就是設定初始化的value值。它的處理流程如下：

        1、調用initialValue()初始化value，initialValue是一個空方法，傳回的為null，可以根據需要進行重寫；

        2、擷取目前線程t；

        3、調用getMap()方法，獲得目前線程t對應的ThreadLocalMap，即map：

        4、判斷map是否存在：

              4.1、如果map存在：将目前ThreadLocal執行個體this與初始化的value放入map；

              4.2、如果map不存在：調用createMap()方法，建立目前線程t對應的ThreadLocalMap，并加入value值；

        5、傳回value。

        其中，createMap()方法上面已經介紹過了，這裡就不再贅述了。