JAVA-多线程之隔离技术ThreadLocal源码详解

对ThreadLocal和InheritableThreadLocal,TransmittableThreadLocal的原理和源码进行深入分析,并举例讲解,其中前两个是JDK自带的，原理相对比较简单,其解决了单线程环境和在单线程中又创建线程(父子线程)中线程隔离的问题。TransmittableThreadLocal主要是解决,线程池中线程复用的场景。

ThreadLocal(`线程本地存储`)的原理

ThreadLocal其实就相当于一个Map集合,只不过这个Map 的Key是固定的,都是当前线程。它能够对线程隔离,让每个线程都能拥有属于自己的变量空间,线程之间互相不影响。之所以能起到线程隔离的作用,是因为Key就是当前的线程,所以每个线程的值都是隔离的。

# 查看get/set方法
public T get() {
    // 使用当前线程从线程中获取属性
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

public void set(T value) {
    // 使用当前线程作为KEY保存
    Thread t = Thread.currentThread();
	// 从Thread中拿到一个Map，然后把value放到这个线程的map中
	// 因为每个线程都有一个自己的Map，也就是threadLocals，从而起到了线程隔离的作用
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

ThreadLocal过程分析

在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前Thread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Thread变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。

ThreadLocal使用场景

本地化隔离保存线程特有的变量信息。

最常见的ThreadLocal使用场景为用来解决数据库连接、Session管理等。

单线程隔离

所谓单线程隔离就是设置ThreadLocal<Object>的作用域。

单线程隔离，其实是为了和父子线程区分开来。

public class SingleThreadLocalTest {

    public static void main(String[] args) {
        SingleThreadLocalTest test = new SingleThreadLocalTest();
        test.thread1();
        test.thread2();
    }

    private void thread1() {
        ThreadLocal<Object> localObject = new ThreadLocal();
        localObject.set("++++++++++++++++++++++++");
        System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get());
    }

    private void thread2() {
        ThreadLocal<Object> localObject = new ThreadLocal();
        localObject.set("-------------------------");
        System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get());
    }
}

父子线程隔离

父子线程：当我们创建一个线程,在线程内有去运行另一个线程的时候，视为父子线程关系。

public class ThreadLocalTest {

    private static ThreadLocal<Object> localObject = new ThreadLocal();

    /**
     * 父子线程控制
     *
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int key = i;
            localObject.set("B______" + key);
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    localObject.set("A______" + key);
                    System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get().toString());
                }
            });
            t.start();
            System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get());
        }
        System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get());
    }
}

父子线程变量继承

父子线程变量继承：即在子线程中使用父线程的私有变量。

在Thread类源码中有两个同类属性：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; (不可继承) ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null; (可继承)

inheritableThreadLocals之所以可继承，是因为在Thread.init()方法中做了实现，在线程初始化时完成线程的继承传递，子线程继承父子线程属性后，直接赋值到子线程的threadLocals中。

public class InheritableThreadLocalsTest {

    private static ThreadLocal<Object> localObject = new InheritableThreadLocal<>();

    /**
     * 父子线程控制
     *
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int key = i;
            localObject.set("B______" + key);
            Thread t = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get().toString());
                }
            });
            t.start();
            System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get());
        }
        System.err.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + localObject.get());
    }
}

线程池线程复用隔离

在线程池中核心线程用完，并不会直接被回收,而是返回到线程池中，既然是重新利用，那么久不会重新创建线程，不会创建线程，父子之间就不会传递（即不重新创建子线程，不能获取到最新父线程属性值）。

总结

ThreadLocal基础实现 (原理: 保存着线程中)
inheritableThreadLocals实现了父子直接的传递（原理: 可继承的变量空间,在Thread初始化init方法时候给子赋值）
TransmittableThreadLocal实现线程复用 (原理: 在每次线程执行时候重新给ThreadLocal赋值)

ThreadLocal(线程本地存储)的原理