快速了解Java中ThreadLocal类
最近看android framework层代码，看到了threadlocal这个类，有点儿陌生，就翻了各种相关博客一一拜读；自己随后又研究了一遍源码，发现自己的理解较之前阅读的博文有不同之处，所以决定自己写篇文章说说自己的理解，希望可以起到以下作用：
- 可以疏通研究结果，加深自己的理解；
- 可以起到抛砖引玉的作用，帮助感兴趣的同学疏通思路；
- 分享学习经历，同大家一起交流和学习。
一、 threadlocal 是什么
threadlocal 是java类库的基础类，在包java.lang下面；
官方的解释是这样的：
implements a thread-local storage, that is, a variable for which each thread has its own value. all threads share the same threadlocal object, but each sees a different value when accessing it, and changes made by one thread do not affect the other threads. the implementation supports null values.
大致意思是：
可以实现线程的本地存储机制，threadlocal变量是一个不同线程可以拥有不同值的变量。所有的线程可以共享同一个threadlocal对象，但是不同线程访问的时候可以取得不同的值，而且任意一个线程对它的改变不会影响其他线程。类实现是支持null值的（可以在set和get方法传递和访问null值）。
概括来讲有三个特性：
- 不同线程访问时取得不同的值
- 任意线程对它的改变不影响其他线程
- 支持null
下面分别对这些特性进行实例验证，首先定义一个test类，在此类中我们鉴证上边所提到的三个特性。类定义如下：
test.java
public class test{
//定义threadlocal
private static threadlocal name;
public static void main(string[] args) throws exception{
name = new threadlocal();
//define thread a
thread a = new thread(){
public void run(){
system.out.println("before invoke set,value is:"+name.get());
name.set(“thread a”);
system.out.println("after invoke set, value is:"+name.get());
}
}
;
//define thread b
thread b = new thread(){
public void run(){
system.out.println("before invoke set,value is :"+name.get());
name.set(“thread b”);
system.out.println("after invoke set,value is :"+name.get());
}
}
;
// not invoke set, print the value is null
system.out.println(name.get());
// invoke set to fill a value
name.set(“thread main”);
// start thread a
a.start();
a.join();
// print the value after changed the value by thread a
system.out.println(name.get());
// start thread b
b.start();
b.join();
// print the value after changed the value by thread b
system.out.println(name.get())
}
}
代码分析：
从定义中我们可以看到只声明了一个threadlocal对象，其他三个线程（主线程、thread a和thread b）共享同一个对象；然后，在不同的线程中修改对象的值和在不同的线程中访问对象的值，并在控制台输出查看结果。
看结果：
从控制台输出结果可以看到里边有三个null的输出，这个是因为在输出前没有对对象进行赋值，验证了支持null的特点；再者，还可以发现在每个线程我都对对象的值做了修改，但是在其他线程访问对象时并不是修改后的值，而是访问线程本地的值；这样也验证了其他两个特点。
二、 threadlocal的作用
大家都知道它的使用场景大都是多线程编程，至于具体的作用，这个怎么说那？我觉得这个只能用一个泛的说法来定义，因为一个东西的功能属性定义了以后会限制大家的思路，就好比说菜刀是用来切菜的，好多人就不会用它切西瓜了。
这里，说下我对它的作用的认识，仅供参考，希望能有所帮助。这样来描述吧，当一个多线程的程序需要对多数线程的部分任务（就是run方法里的部分代码）进行封装时，在封装体里就可以用threadlocal来包装与线程相关的成员变量，从而保证线程访问的独占性，而且所有线程可以共享一个封装体对象；可以参考下android里的looper。不会用代码描述问题的程序员不是好程序员；
看代码：统计线程某段代码耗时的工具（为说明问题自造）
statisticcosttime.java
// class that statistic the cost time
public class statisticcosttime{
// record the starttime
// private threadlocal starttime = new threadlocal();
private long starttime;
// private threadlocal costtime = new threadlocal();
private long costtime;
private statisticcosttime(){
}
//singleton
public static final statisticcosttime shareinstance(){
return instancefactory.instance;
}
private static class instancefactory{
private static final statisticcosttime instance = new statisticcosttime();
}
// start
public void start(){
// starttime.set(system. nanotime ());
starttime = system.nanotime();
}
// end
public void end(){
// costtime.set(system. nanotime () - starttime.get());
costtime = system.nanotime() - starttime;
}
public long getstarttime(){
return starttime;
// return starttime.get();
}
public long getcosttime(){
// return costtime.get();
return costtime;
}
好了，工具设计完工了,现在我们用它来统计一下线程耗时试试呗：
main.java
public class main{
public static void main(string[] args) throws exception{
// define the thread a
thread a = new thread(){
public void run(){
try{
// start record time
statisticcosttime.shareinstance().start();
sleep(200);
// print the start time of a
system.out.println("a-starttime:"+statisticcosttime.shareinstance().getstarttime());
// end the record
statisticcosttime.shareinstance().end();
// print the costtime of a
system.out.println("a:"+statisticcosttime.shareinstance().getcosttime());
}
catch(exception e){
}
}
}
;
// start a
a.start();
// define thread b
thread b = new thread(){
public void run(){
try{
// record the start time of b1
statisticcosttime.shareinstance().start();
sleep(100);
// print the start time to console
system.out.println("b1-starttime:"+statisticcosttime.shareinstance().getstarttime());
// end record start time of b1
statisticcosttime.shareinstance().end();
// print the cost time of b1
system.out.println("b1:"+statisticcosttime.shareinstance().getcosttime());
// start record time of b2
statisticcosttime.shareinstance().start();
sleep(100);
// print start time of b2
system.out.println("b2-starttime:"+statisticcosttime.shareinstance().getstarttime());
// end record time of b2
statisticcosttime.shareinstance().end();
// print cost time of b2
system.out.println("b2:"+statisticcosttime.shareinstance().getcosttime());
}
catch(exception e){
}
}
}
;
b.start();
}
}
运行代码后输出结果是这样的
注意：输出结果精确度为纳秒级
看结果是不是和我们预想的不一样，发现a的结果应该约等于b1+b2才对呀，怎么变成和b2一样了那？答案就是我们在定义starttime和costtime变量时，本意是不应共享的，应是线程独占的才对。而这里变量随单例共享了，所以当计算a的值时，其实starttime已经被b2修改了，所以就输出了和b2一样的结果。
现在我们把statisticcosttime中注释掉的部分打开，换成threadlocal的声明方式试下。
看结果：
呀！这下达到预期效果了，这时候有同学会说这不是可以线程并发访问了吗，是不是只要我用了threadlocal就可以保证线程安全了？答案是no！首先先弄明白为什么会有线程安全问题，无非两种情况：
1、不该共享的资源，你在线程间共享了；
2、线程间共享的资源，你没有保证有序访问；
前者可以用“空间换时间”的方式解决，用threadlocal（也可以直接声明线程局部变量），后者用“时间换空间”的方式解决，显然这个就不是threadlocal力所能及的了。
三、 threadlocal 原理
实现原理其实很简单，每次对threadlocal 对象的读写操作其实是对线程的values对象的读写操作；这里澄清一下，没有什么变量副本的创建，因为就没有用变量分配的内存空间来存t对象的，而是用它所在线程的values来存t对象的；我们在线程中每次调用threadlocal的set方法时，实际上是将object写入线程对应values对象的过程；调用threadlocal的get方法时，实际上是从线程对应values对象取object的过程。
看源码：
threadlocal 的成员变量set
/**
* sets the value of this variable for the current thread. if set to
* {@code null}, the value will be set to null and the underlying entry will
* still be present.
*
* @param value the new value of the variable for the caller thread.
*/
public void set(t value) {
thread currentthread = thread.currentthread();
values values = values(currentthread);
if (values == null) {
values = initializevalues(currentthread);
}
values.put(this, value);
}
treadlocal 的成员方法get
/**
* returns the value of this variable for the current thread. if an entry
* doesn't yet exist for this variable on this thread, this method will
* create an entry, populating the value with the result of
* {@link #initialvalue()}.
*
* @return the current value of the variable for the calling thread.
*/
@suppresswarnings("unchecked")
public t get() {
// optimized for the fast path.
thread currentthread = thread.currentthread();
values values = values(currentthread);
if (values != null) {
object[] table = values.table;
int index = hash & values.mask;
if (this.reference == table[index]) {
return (t) table[index + 1];
}
} else {
values = initializevalues(currentthread);
}
return (t) values.getaftermiss(this);
}
threadlocal的成员方法initializevalues
/**
* creates values instance for this thread and variable type.
*/
values initializevalues(thread current) {
return current.localvalues = new values();
}
threadlocal 的成员方法values
/**
* gets values instance for this thread and variable type.
*/
values values(thread current) {
return current.localvalues;
}
那这个values又是怎样读写object那？
values是作为threadlocal的内部类存在的；这个values里包括了一个重要数组object[]，这个数据就是解答问题的关键部分，它是用来存储线程本地各种类型treadlocal变量用的；那么问题来了，具体取某个类型的变量时是怎么保证不取到其他类型的值那？按一般的做法会用一个map根据key-value映射一下的；对的，思路就是这个思路，但是这里并没有用map来实现，是用一个object[]实现的map机制；但是，若要用map理解的话，也是不可以的，因为机制是相同的；key其实上对应threadlocal的弱引用，value就对应我们传进去的object。
解释下是怎么用object[]实现map机制的（参考图1）；它是用数组下标的奇偶来区分key和value的，就是下表是偶数的位置存储key，奇数存储value，就是这样搞得；感兴趣的同学如果想知道算法实现的话，可以深入研究一下，这里我不在详述了。
结合前面第一个实例分析下存储情况：
当程序执行时存在a，b和main三个线程，分别在线程中调用name.set()时同时针对三个线程实例在堆区分配了三块相同的内存空间来存储values对象，以name引用作为key，具体的object作为值存进三个不同的object[]（参看下图）：
四、 总结
threadlocal 不能完全解决多线程编程时的并发问题，这种问题还要根据不同的情况选择不同的解决方案，“空间换时间”还是“时间换空间”。
threadlocal最大的作用就是把线程共享变量转换成线程本地变量，实现线程之间的隔离。
以上就是本文关于快速了解java中threadlocal的全部内容，希望对大家有所帮助。如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持。
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