特点

1. 线程并发：在多线程并发的场景下
2. 传递数据：可以通过 ThreadLocal 在同一线程，不同组件中传递公共变量
3. 线程隔离：每个线程的变量都是独立的，不会互相影响

常用方法

方法声明	描述
ThreadLocal()	创建 ThreadLocal 对象
public void set( T value)	设置当前线程绑定的局部变量
public T get()	获取当前线程绑定的局部变量
public void remove()	移除当前线程绑定的局部变量

案例：数据隔离

背景

public class MyDemo {
    private String content;

    private String getContent() {
        return content;
    }

    private void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyDemo demo = new MyDemo();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    demo.setContent(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
                    System.out.println("-----------------------");
             		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demo.getContent());
                }
            });
            thread.setName("线程" + i);
            thread.start();
        }
    }
}

控制台输出：

-----------------------
-----------------------
-----------------------
-----------------------
-----------------------
线程2--->线程2的数据
线程4--->线程2的数据
线程1--->线程2的数据
线程3--->线程0的数据
线程0--->线程2的数据

多次运行上述代码，可发现多个线程在访问同一个变量的时候出现的异常，线程间的数据没有隔离。

解决方案

ThreadLocal 类

点击查看

public class MyDemo1 {

    private static ThreadLocal<String> tl = new ThreadLocal<>();

    private String content;

    private String getContent() {
        return tl.get();
    }

    private void setContent(String content) {
        tl.set(content);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyDemo demo = new MyDemo();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    demo.setContent(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
                    System.out.println("-----------------------");
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + demo.getContent());
                }
            });
            thread.setName("线程" + i);
            thread.start();
        }
    }
}

synchronized 关键字

点击查看

public class Demo02 {
    
    private String content;

    public String getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo02 demo02 = new Demo02();
        
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread t = new Thread(){
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (Demo02.class){
                        demo02.setContent(Thread.currentThread().getName() + "的数据");
                        System.out.println("-------------------------------------");
                        String content = demo02.getContent();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--->" + content);
                    }
                }
            };
            t.setName("线程" + i);
            t.start();
        }
    }
}

ThreadLocal 与 synchronized 的区别

	synchronized	ThreadLocal
原理	同步机制采用’以时间换空间’的方式，只提供了一份变量，让不同的线程排队访问	ThreadLocal 采用’以空间换时间’的方式，为每一个线程都提供了一份变量的副本，从而实现同时访问而相不干扰
侧重点	多个线程之间访问资源的同步	多线程中让每个线程之间的数据相互隔离

小结

虽然使用 ThreadLocal 和 synchronized 都能解决问题，但是使用 ThreadLocal 更为合适，因为这样可以使程序拥有更高的并发性。

案例：应用事务

背景

Service

public class AccountService {
    public boolean transfer(String outUser, String inUser, int money) {
        AccountDao ad = new AccountDao();
        try {
            // 转出
            ad.out(outUser, money);
            // 模拟转账过程中的异常
            int i = 1/0;
            // 转入
            ad.in(inUser, money);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
        return true;
    }
}

Dao

public class AccountDao {
public void out(String outUser, int money) throws SQLException {
    String sql = "update account set money = money - ? where name = ?";

    Connection conn = JdbcUtils.getConnection();
    PreparedStatement pstm = conn.prepareStatement(sql);
    pstm.setInt(1,money);
    pstm.setString(2,outUser);
    pstm.executeUpdate();

    JdbcUtils.release(pstm,conn);
}

public void in(String inUser, int money) throws SQLException {
    String sql = "update account set money = money + ? where name = ?";

    Connection conn = JdbcUtils.getConnection();
    PreparedStatement pstm = conn.prepareStatement(sql);
    pstm.setInt(1,money);
    pstm.setString(2,inUser);
    pstm.executeUpdate();

    JdbcUtils.release(pstm,conn);
}
} 

JdbcUtils

public class JdbcUtils { 
public static void commitAndClose(Connection conn) {
    try {
        if(conn != null){
            //提交事务
            conn.commit();
            //释放连接
            conn.close();
        }
    } catch (SQLException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

public static void rollbackAndClose(Connection conn) {
    try {
        if(conn != null){
            //回滚事务
            conn.rollback();
            //释放连接
            conn.close();
        }
    } catch (SQLException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}
} 

存在问题：

1. service 操作需要进行两次 DDL 操作，而代码不具备原子性。
2. 两个 DDL 获取的 connection 不是同一个，即便在 service getConnection 手动提交事务也不在同一个事务内。

解决方案

开启事务

• 为了保证所有的操作在一个事务中，案例中使用的连接必须是同一个：service 层开启事务的 connection 需要跟 dao 层访问数据库的 connection 保持一致

• 线程并发情况下，每个线程只能操作各自的 connection

ThreadLocal 类

改造 JdbcUtils

public class JdbcUtils {
    //ThreadLocal对象 : 将connection绑定在当前线程中
    private static final ThreadLocal<Connection> tl = new ThreadLocal();

    // c3p0 数据库连接池对象属性
    private static final ComboPooledDataSource ds = new ComboPooledDataSource();

    // 获取连接
    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        //取出当前线程绑定的connection对象
        Connection conn = tl.get();
        if (conn == null) {
            //如果没有，则从连接池中取出
            conn = ds.getConnection();
            //再将connection对象绑定到当前线程中
            tl.set(conn);
        }
        return conn;
    }

    //释放资源
    public static void release(AutoCloseable... ios) {
        for (AutoCloseable io : ios) {
            if (io != null) {
                try {
                    io.close();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public static void commitAndClose() {
        try {
            Connection conn = getConnection();
            //提交事务
            conn.commit();
            //解除绑定
            tl.remove();
            //释放连接
            conn.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void rollbackAndClose() {
        try {
            Connection conn = getConnection();
            //回滚事务
            conn.rollback();
            //解除绑定
            tl.remove();
            //释放连接
            conn.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

改造 Service

public class AccountService {
    public boolean transfer(String outUser, String inUser, int money) {
        AccountDao ad = new AccountDao();

        try {
            Connection conn = JdbcUtils.getConnection();
            //开启事务
            conn.setAutoCommit(false);
            // 转出 ： 这里不需要传参了 ！
            ad.out(outUser, money);
            // 模拟转账过程中的异常
//            int i = 1 / 0;
            // 转入
            ad.in(inUser, money);
            //事务提交
            JdbcUtils.commitAndClose();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            //事务回滚
           JdbcUtils.rollbackAndClose();
            return false;
        }
        return true;
    }
}

源码分析

set 方法

  /**
     * 设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     *
     * @param value 将要保存在当前线程对应的ThreadLocal的值
     */
    public void set(T value) {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 判断map是否存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
    }

 /**
     * 获取当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
     * 
     * @param  t the current thread 当前线程
     * @return the map 对应维护的ThreadLocalMap 
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
	/**
     *创建当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
     *
     * @param t 当前线程
     * @param firstValue 存放到map中第一个entry的值
     */
	void createMap(Thread t, T firstValue) {
        //这里的this是调用此方法的threadLocal
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

get 方法

/**
 * 返回当前线程中保存ThreadLocal的值
 * 如果当前线程没有此ThreadLocal变量，
 * 则它会通过调用{@link #initialValue} 方法进行初始化值
 *
 * @return 返回当前线程对应此ThreadLocal的值
 */
public T get() {
    // 获取当前线程对象
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 如果此map存在
    if (map != null) {
        // 以当前的ThreadLocal 为 key，调用getEntry获取对应的存储实体e
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        // 对e进行判空 
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            // 获取存储实体 e 对应的 value值
            // 即为我们想要的当前线程对应此ThreadLocal的值
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    /*
    	初始化 : 有两种情况有执行当前代码
    	第一种情况: map不存在，表示此线程没有维护的ThreadLocalMap对象
    	第二种情况: map存在, 但是没有与当前ThreadLocal关联的entry
     */
    return setInitialValue();
}

/**
 * 初始化
 *
 * @return the initial value 初始化后的值
 */
private T setInitialValue() {
    // 调用initialValue获取初始化的值
    // 此方法可以被子类重写, 如果不重写默认返回null
    T value = initialValue();
    // 获取当前线程对象
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 判断map是否存在
    if (map != null)
        // 存在则调用map.set设置此实体entry
        map.set(this, value);
    else
        // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
        // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
        // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中
        createMap(t, value);
    // 返回设置的值value
    return value;
}

总结: 先获取当前线程的 ThreadLocalMap 变量，如果存在则返回值，不存在则创建并返回初始值。

remove 方法

 /**
     * 删除当前线程中保存的ThreadLocal对应的实体entry
     */
     public void remove() {
        // 获取当前线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
        // 如果此map存在
         if (m != null)
            // 存在则调用map.remove
            // 以当前ThreadLocal为key删除对应的实体entry
             m.remove(this);
     }

initialValue 方法

/**
  * 返回当前线程对应的ThreadLocal的初始值
  
  * 此方法的第一次调用发生在，当线程通过get方法访问此线程的ThreadLocal值时
  * 除非线程先调用了set方法，在这种情况下，initialValue 才不会被这个线程调用。
  * 通常情况下，每个线程最多调用一次这个方法。
  *
  * <p>这个方法仅仅简单的返回null {@code null};
  * 如果程序员想ThreadLocal线程局部变量有一个除null以外的初始值，
  * 必须通过子类继承{@code ThreadLocal} 的方式去重写此方法
  * 通常, 可以通过匿名内部类的方式实现
  *
  * @return 当前ThreadLocal的初始值
  */
protected T initialValue() {
    return null;
}

此方法的作用是 返回该线程局部变量的初始值。

（1） 这个方法是一个延迟调用方法，从上面的代码我们得知，在 set 方法还未调用而先调用了 get 方法时才执行，并且仅执行 1 次。

（2）这个方法缺省实现直接返回一个 null。

（3）如果想要一个除 null 之外的初始值，可以重写此方法。（备注： 该方法是一个 protected 的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的）

ThreadLocalMap 源码分析

ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的内部类，没有实现 Map 接口，用独立的方式实现了 Map 的功能，其内部的 Entry 也是独立实现。

成员变量

/**
 * 初始容量 —— 必须是2的整次幂
 */
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

/**
 * 存放数据的table，Entry类的定义在下面分析
 * 同样，数组长度必须是2的整次幂。
 */
private Entry[] table;

/**
 * 数组里面entrys的个数，可以用于判断table当前使用量是否超过阈值。
 */
private int size = 0;

/**
 * 进行扩容的阈值，表使用量大于它的时候进行扩容。
 */
private int threshold; // Default to 0

跟 HashMap 类似

• INITIAL_CAPACITY 代表这个 Map 的初始容量；
• table 是一个 Entry 类型的数组，用于存储数据；
• size 代表表中的存储数目；
• threshold 代表需要扩容时对应 size 的阈值。

存储结构 - Entry

/*
 * Entry继承WeakReference，并且用ThreadLocal作为key.
 * 如果key为null(entry.get() == null)，意味着key不再被引用，
 * 因此这时候entry也可以从table中清除。
 */
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

在 ThreadLocalMap 中，也是用 Entry 来保存 K-V 结构数据的。不过 Entry 中的 key 只能是 ThreadLocal 对象，这点在构造方法中已经限定死了。

另外，Entry 继承 WeakReference，也就是 key（ThreadLocal）是弱引用，其目的是将 ThreadLocal 对象的生命周期和线程生命周期解绑。

参考资料

• 黑马程序员 Java 基础教程由浅入深全面解析 threadlocal_哔哩哔哩_bilibili (opens new window)