ThreadLocal内部机制及使用方法

一、介绍ThreadLocal内部机制之前，先简单说明一下其特点及用途：

1.ThreadLocal是单线程内共享资源，多线程间无法共享（即线程A访问不了线程B中ThreadLocal存放的值）；

2.ThreadLocal是本地变量，无法跨jvm传递；

3.ThreadLocal的出现可以减少通过参数来传递（使代码更加简洁，降低耦合性），Hibernate中的OpenSessionInView，就始终保证当前线程只有一个在使用中的Connection（或Hibernate Session），代码如下：

 public class ConnectionManager {  

     /** 线程内共享Connection，ThreadLocal通常是全局的，支持泛型 */
     private static ThreadLocal<Connection> threadLocal = new ThreadLocal<Connection>();  

     public static Connection getCurrConnection() {
         // 获取当前线程内共享的Connection
         Connection conn = threadLocal.get();
         try {
             // 判断连接是否可用
             if(conn == null || conn.isClosed()) {
                 // 创建新的Connection赋值给conn(略)
                 // 保存Connection
                 threadLocal.set(conn);
             }
         } catch (SQLException e) {
             // 异常处理
         }
         return conn;
     }  

     /**
      * 关闭当前数据库连接
      */
     public static void close() {
         // 获取当前线程内共享的Connection
         Connection conn = threadLocal.get();
         try {
             // 判断是否已经关闭
             if(conn != null && !conn.isClosed()) {
                 // 关闭资源
                 conn.close();
                 // 移除Connection
                 threadLocal.remove();
                 conn = null;
             }
         } catch (SQLException e) {
             // 异常处理
         }
     }
 }  

二、ThreadLocal的内部方法

1.protected T initialValue()

①该方法实现只返回 null，并且修饰符为protected，很明显，如果用户想返回初始值不为null，则需要定义线程变量时重写该方法；

     /**
      * @return the initial value for this thread-local
      */
     protected T initialValue() {
         return null;
     }

 //定义ThreadLocal时重写initialValue方法，返回用户想要的值
 private static ThreadLocal t = new ThreadLocal() {
     public Object initialValue() {
         A a = new A();
         return a;
     }
 };

②返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次，即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(T) 方法，则不会在线程中再调用 initialValue 方法。

     /**
      * Returns the value in the current thread's copy of this
      * thread-local variable.  If the variable has no value for the
      * current thread, it is first initialized to the value returned
      * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
      *
      * @return the current thread's value of this thread-local
      */
     public T get() {
         Thread t = Thread.currentThread();
         ThreadLocalMap map = getMap(t);
         if (map != null) {
             ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
             if (e != null)
                 return (T)e.value;
         }
         return setInitialValue();
     }    

2.public T get()
①在1中已经提到，该方法返回当前线程变量副本。如果这是线程第一次调用该方法，则创建并初始化此副本。

3.public void set(T value)

①ThreadLocal中有个内部静态类ThreadLocalMap，用来存放当前线程变量副本中的值，键为当前线程变量对象，值为用户设的值；

②当使用ThreadLocal存值时，首先是获取到当前线程对象，然后获取到当前线程本地变量Map，最后将当前使用的ThreadLocal和传入的值放到Map中，也就是说ThreadLocalMap中存的值是[ThreadLocal对象, 存放的值]，这样做的好处是，每个线程都对应一个本地变量的Map，所以一个线程可以存在多个线程本地变量（即不同的ThreadLocal，就如1中所说，可以重写initialValue，返回不同类型的子类）。

     /**
      * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
      * to the specified value.  Most subclasses will have no need to
      * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
      * method to set the values of thread-locals.
      *
      * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
      *        this thread-local.
      */
     public void set(T value) {
         Thread t = Thread.currentThread();
         ThreadLocalMap map = getMap(t);
         if (map != null)
             map.set(this, value);
         else
             createMap(t, value);
     }

4.public void remove()

①移除此线程中某个ThreadLocal的值，目的是为了减少内存的占用。如果再次访问此线程局部变量，那么在默认情况下它将拥有其initialValue；

②只有从jdk1.5开始才有该方法；

③当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，因此显式调用remove清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。

      /**
      * Removes the current thread's value for this thread-local
      * variable.  If this thread-local variable is subsequently
      * {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be
      * reinitialized by invoking its {@link #initialValue} method,
      * unless its value is {@linkplain #set set} by the current thread
      * in the interim.  This may result in multiple invocations of the
      * <tt>initialValue</tt> method in the current thread.
      *
      * @since 1.5
      */
      public void remove() {
          ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
          if (m != null)
              m.remove(this);
      }

三、ThreadLocal和同步机制synchonzied相比

1.synchonzied同步机制是为了实现同步多线程对相同资源的并发访问控制。同步的主要目的是保证多线程间的数据共享。同步会带来巨大的性能开销，所以同步操作应该是细粒度的（对象中的不同元素使用不同的锁，而不是整个对象一个锁）。如果同步使用得当，带来的性能开销是微不足道的。使用同步真正的风险是复杂性和可能破坏资源安全,而不是性能。

2.ThreadLocal以空间换取时间，提供了一种非常简便的多线程实现方式。因为多个线程并发访问无需进行等待，所以使用ThreadLocal会获得更大的性能。

3.ThreadLocal中的对象，通常都是比较小的对象。另外使用ThreadLocal不能使用原子类型，只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。

4.synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

5.Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。