Java 多线程为啥要有ThreadLocal，怎么用，这篇讲全了！ 本文为掘金社区首发签约文章，14天内禁止转载，14天后未获授权禁止转载，侵权必究！ 前面我们学习的线程并发时的同步控制，是为了保证多个线程对共享数据争用时的正确性的。那如果一个操作本身不涉及对共享数据的使用，相反，只是希望变量只能由创建它的线程使用（即线程隔离）就需要到线程本地存储了。 Java 通过ThreadLocal提供了程序对线程本地存储的使用。 通过创建ThreadLocal类的实例，让我们能够创建只能由同一线程读取和写入的变量。因此，即使两个线程正在执行相同的代码，并且代码引用了相同名称的ThreadLocal变量，这两个线程也无法看到彼此的存储在ThreadLocal里的值。否则也就不能叫线程本地存储了。 本文大纲如下： ThreadLocalThreadLocal是 Java 内置的类，全称java.lang.ThreadLoal，java.lang包里定义的类和接口在程序里都是可以直接使用，不需要导入的。 ThreadLocal的类定义如下： publicclassThreadLocalT{ publicTget(){ Threadt=Thread.currentThread(); ThreadLocalMapmap=getMap(t); //...... returnsetInitialValue(); } publicvoidset(Tvalue){ Threadt=Thread.currentThread(); ThreadLocalMapmap=getMap(t); if(map!=null){ map.set(this,value); }else{ createMap(t,value); } } publicvoidremove(){ ThreadLocalMapm=getMap(Thread.currentThread()); if(m!=null){ m.remove(this); } } protectedTinitialValue(){ returnnull; } publicstaticSThreadLocalwithInitial(Supplier?extendsSsupplier){ returnnewSuppliedThreadLocal(supplier); } //... } 上面只是列出了ThreadLocal类里我们经常会用到的方法，这几个方法他们的说明如下。 T get()- 用于获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本。void set(T value)- 用于向ThreadLocal中设置当前线程中变量的副本。void remove()- 用于删除当前线程保存在ThreadLocal中的变量副本。initialValue()- 为ThreadLocal设置默认的get方法获取到的始值，默认是 null ，想修改的话需要用子类重写 initialValue 方法，或者是用TheadLocal提供的withInitial方法 。下面我们详细看一下ThreadLocal的使用。 创建和读写 ThreadLocal通过上面ThreadLocal类的定义我们能看出来，ThreadLocal是支持泛型的，所以在创建ThreadLocal时没有什么特殊需求的情况下，我们都会为其提供类型参数，这样在读取使用ThreadLocal变量时就能免去类型转换的操作。 privateThreadLocalthreadLocal=newThreadLocal(); threadLocal.set("Athreadlocalvalue"); //创建时没有使用泛型指定类型，默认是Object //使用时要先做类型转换 StringthreadLocalValue=(String)threadLocal.get(); 上面这个例子，在创建ThreadLocal时没有使用泛型指定类型，所以存储在其中的值默认是Object类型，这样就需要在使用时先做类型转换才行。 下面再看一个使用泛型的版本 privateThreadLocalStringmyThreadLocal=newThreadLocalString myThreadLocal.set("HelloThreadLocal"); StringthreadLocalValue=myThreadLocal.get(); 现在我们只能把String类型的值存到ThreadLocal中，并且从ThreadLocal读取出值后也不再需要进行类型转换。 关于泛型使用方面的详细讲解，可以看本系列中的泛型章节。 看了这篇Java 泛型通关指南，再也不怵满屏尖括号了 想要删除一个ThreadLocal实例里存储的值，只需要调用ThreadLocal实例中的remove方法即可。 myThreadLocal.remove(); 当然，这个删除操作只是删除的变量在本地线程中的副本，其他线程不会受到本线程中删除操作的影响。下面我们把ThreadLocal的创建、读写和删除攒一个简单的例子，做下演示。 //源码:https://github.com/kevinyan815/JavaXPlay/blob/main/src/com/threadlocal/ThreadLocalExample.java packagecom.threadlocal; publicclassThreadLocalExample{ privateThreadLocalIntegerthreadLocal=newThreadLocal(); privatevoidsetAndPrintThreadLocal(){ threadLocal.set((int)(Math.random()*100D) try{ Thread.sleep(2000); }catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+threadLocal.get() if(threadLocal.get()%2==0){ //测试删除ThreadLocal System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":删除ThreadLocal"); threadLocal.remove(); } } publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{ ThreadLocalExampletlExample=newThreadLocalExample(); Threadthread1=newThread(()-tlExample.setAndPrintThreadLocal(),"线程1"); Threadthread2=newThread(()-tlExample.setAndPrintThreadLocal(),"线程2"); thread1.start(); thread2.start(); thread1.join(); thread2.join(); } } 上面的例程会有如下输出，当然如果恰好两个线程里ThreadLocal变量里存储的都是偶数的话，就不会有第三行输出啦。 线程2:97 线程1:64 线程1:删除ThreadLocal 本例子的源码项目放在了GitHub上，需要的可自行取用进行参考：ThreadLocal变量操作示例--增删查 为 ThreadLocal 设置初始值在程序里，声明ThreadLocal类型的变量时，我们可以同时为变量设置一个自定义的初始值，这样做的好处是，即使没有使用set方法给ThreadLocal变量设置值的情况下，调用ThreadLocal变量的get()时能返回一个对业务逻辑来说更有意义的初始值，而不是默认的 Null 值。 在 Java 中有两种方式可以指定ThreadLocal变量的自定义初始值： 创建一个ThreadLocal的子类，覆盖initialValue()方法，程序中则使用ThreadLocal子类创建实例变量。使用ThreadLocal类提供的的静态方法withInitial(Supplier? extends S supplier)来创建ThreadLocal实例变量，该方法接收一个函数式接口Supplier的实现作为参数，在Supplier实现中为ThreadLocal设置初始值。关于函数式接口Supplier如果你还不太清楚的话，可以查看系列中函数式编程接口章节中的详细内容。下面我们看看分别用这两种方式怎么给ThreadLocal变量提供初始值。 使用子类覆盖 initialValue() 设置初始值通过定义ThreadLocal的子类，在子类中覆盖initialValue()方法的方式给ThreadLocal变量设置初始值的方式，可以使用匿名类，简化创建子类的步骤。 下面我们在程序里创建ThreadLocal实例时，直接使用匿名类来覆盖initialValue()方法的一个例子。 publicclassThreadLocalExample{ privateThreadLocalthreadLocal=newThreadLocalInteger(){ @OverrideprotectedIntegerinitialValue(){ return(int)System.currentTimeMillis(); } ...... } 有同学可能会问，这块能不能用 Lambda 而不是用匿名类，答案是不能，在这个专栏讲 Lambda 的文章中我们说过，Lambda 只能用于实现函数式接口（接口中有且只有一个抽象方法，所以这里只能使用匿名了简化创建子类的步骤，不过另外一种通过withInitial方法创建并自定义初始化ThreadLocal变量的时候，是可以使用Lambda 的，我们下面看看使用withInital静态方法设置ThreadLocal变量初始值的演示。 通过 withInital 静态方法设置初始值为ThreadLocal实例变量指定初始值的第二种方式是使用ThreadLocal类提供的静态工厂方法withInitial。withInitial方法接收一个函数式接口Supplier的实现作为参数，在Supplier的实现中我们可以为要创建的ThreadLocal变量设置初始值。 Supplier 接口是一个函数式接口，表示提供某种值的函数。 Supplier 接口也可以被认为是工厂接口。 @FunctionalInterface public interface Supplier{ T get(); } 下面的程序里，我们用 ThreadLocal 的 withInitial 方法为 ThreadLocal 实例变量设置了初始值 publicclassThreadLocalExample{ privateThreadLocalIntegerthreadLocal=ThreadLocal.withInitial(newSupplierInteger(){ @Override publicStringget(){ return(int)System.currentTimeMillis(); } ...... } 对于函数式接口，理所当然会想到用Lambda来实现。上面这个withInitial的例子用Lambda实现的话能进一步简化成： publicclassThreadLocalExample{ privateThreadLocalIntegerthreadLocal=ThreadLocal.withInitial(()-(int)System.currentTimeMillis()); ...... } 关于 Lambda 和 函数式接口 Supplier 的详细内容，可以通过本系列中与这两个主题相关的文章进行学习。 Java Lambda 表达式的各种形态和使用场景，看这篇就够了Java 中那些绕不开的内置接口 -- 函数式编程和 Java 的内置函数式接口ThreadLocal 在父子线程间的传递ThreadLocal 提供的线程本地存储，给数据提供了线程隔离，但是有的时候用一个线程开启的子线程，往往是需要些相关性的，那么父线程的ThreadLocal中存储的数据能在子线程中使用吗？答案是不行......那怎么能让父子线程上下文能关联起来，Java 为这种情况专门提供了InheritableThreadLocal给我们使用。 InheritableThreadLocal是ThreadLocal的一个子类，其定义如下： publicclassInheritableThreadLocalTextendsThreadLocalT{ protectedTchildValue(TparentValue){ returnparentValue; } /** *GetthemapassociatedwithaThreadLocal. * *@paramtthecurrentthread */ ThreadLocalMapgetMap(Threadt){ returnt.inheritableThreadLocals; } /** *CreatethemapassociatedwithaThreadLocal. * *@paramtthecurrentthread *@paramfirstValuevaluefortheinitialentryofthetable. */ voidcreateMap(Threadt,TfirstValue){ t.inheritableThreadLocals=newThreadLocalMap(this,firstValue); } } 与ThreadLocal让线程拥有变量在本地存储的副本这个形式不同的是，InheritableThreadLocal允许让创建它的线程和其子线程都能访问到在它里面存储的值。 下面是一个InheritableThreadLocal的使用示例 //源码:https://github.com/kevinyan815/JavaXPlay/blob/main/src/com/threadlocal/InheritableThreadLocalExample.java packagecom.threadlocal; publicclassInheritableThreadLocalExample{ publicstaticvoidmain(String[]args){ ThreadLocalStringthreadLocal=newThreadLocal(); InheritableThreadLocalStringinheritableThreadLocal= newInheritableThreadLocal(); Threadthread1=newThread(()-{ System.out.println("=====Thread1====="); threadLocal.set("Thread1-ThreadLocal"); inheritableThreadLocal.set("Thread1-InheritableThreadLocal"); System.out.println(threadLocal.get()); System.out.println(inheritableThreadLocal.get()); ThreadchildThread=newThread(()-{ System.out.println("=====ChildThread====="); System.out.println(threadLocal.get()); System.out.println(inheritableThreadLocal.get()); childThread.start(); thread1.start(); Threadthread2=newThread(()-{ try{ Thread.sleep(3000); }catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace(); } System.out.println("=====Thread2====="); System.out.println(threadLocal.get()); System.out.println(inheritableThreadLocal.get()); thread2.start(); } } 运行程序后，会有如下输出 =====Thread1===== Thread1-ThreadLocal Thread1-InheritableThreadLocal =====ChildThread===== null Thread1-InheritableThreadLocal =====Thread2===== null null 这个例程中创建了分别创建了ThreadLocal和InheritableThreadLocal的 实例，然后例程中创建的线程Thread1， 在线程Thread1中向ThreadLocal和InheritableThreadLocal实例中都存储了数据，并尝试在开启了的子线程ChildThread中访问这两个数据。按照上面的解释，ChildThread应该只能访问到父线程存储在InheritableThreadLocal实例中的数据。 在例程的最后，程序又创建了一个与Thread1不相干的线程Thread2， 它在访问ThreadLocal和InheritableThreadLocal实例中存储的数据时，因为它自己没有设置过，所以最后得到的结果都是null。 ThreadLocal 的实现原理梳理完ThreadLocal相关的常用功能都怎么使用后，我们再来简单过一下ThreadLocal在 Java 中的实现原理。 在Thread类中维护着一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals。这个成员变量就是用来存储当前线程独占的变量副本的。 publicclassThreadimplementsRunnable{ //... ThreadLocal.ThreadLocalMapthreadLocals=null; //... } ThreadLocalMap类 是ThreadLocal中的静态内部类，其定义如下。 packagejava.lang; publicclassThreadLocalT{ //... staticclassThreadLocalMap{ //... staticclassEntryextendsWeakReferenceThreadLocal{ /**ThevalueassociatedwiththisThreadLocal.*/ Objectvalue; Entry(ThreadLocalk,Objectv){ super(k); value= } } //... } } 它维护着一个Entry数组，Entry继承了WeakReference，所以是弱引用。Entry用于保存键值对，其中： key是ThreadLocal对象；value是传递进来的对象（变量副本）。ThreadLocalMap虽然是类似HashMap结构的数据结构，但它解决哈希碰撞的时候，使用的方案并非像HashMap那样使用拉链法（用链表保存冲突的元素）。 实际上，ThreadLocalMap采用了线性探测的方式来解决哈希碰撞冲突。所谓线性探测，就是根据初始key的hashcode值确定元素在哈希表数组中的位置，如果发现这个位置上已经被其他的key值占用，则利用固定的算法寻找一定步长的下个位置，依次判断，直至找到能够存放的位置。 总结关于 ThreadLocal 的内容就介绍到这了，这块内容在一些基础的面试中还是挺常被问到的，与它一起经常被问到的还有一个 volatile 关键字，这部分内容我们放到下一篇再讲，喜欢本文的内容还请给点个赞，点个关注，这样就能及时跟上后面的更新啦。 引用链接Java并发编程--多线程间的同步控制和通信看了这篇Java 泛型通关指南，再也不怵满屏尖括号了Java Lambda 表达式的各种形态和使用场景，看这篇就够了Java 中那些绕不开的内置接口 -- 函数式编程和 Java 的内置函数式接口ThreadLocal变量操作示例--增删查源代码 阅读原文