上一期，讲到了关于线程死锁、用户进程、用户线程的相关知识，不记得的小伙伴可以看看：字节跳动面试官问我：你知道线程死锁吗？用户线程、守护线程的概念与区别了解吗？
这期，我们来聊一聊一个在Java并发编程中很重要的类：ThreadLocal 在多线程应用程序中，对共享变量进行读写的场景是很常见的。如果不使用一定的技术或方案，会引发各种线程安全的问题。常见解决线程安全的方式有synchronized、volatile等方式，但synchronized对性能的开销大，volatile不能保证原子性，所以这里介绍一个 解决多线程间共享变量的线程安全问题 的方法——ThreadLocal
一、ThreadLocal的作用
多线程访问同一个共享变量时特别容易出现并发问题，特别是在多个线程需要对共享变量进行写入时。为了保证线程安全，一般使用者在访问共享变量时需要进行适当的同步，如图 1-3 所示
同步的措施一般是加锁，但加锁会在一定程度上增加系统的复杂度以及影响系统的性能。
为了解决多线程间共享变量的线程安全，ThreadLocal应运而生。
当创建一个ThreadLocal变量时，访问这个变量的每个线程都有这个变量的一个本地副本，当多个线程操作这个变量时，实际上就是操作自己本地内存里面的变量，从而避免了线程安全问题。图 1-3 就变成了 图1-4 如图：
二、Threadlocal的使用示例
讲完了理论的东西，我们来通过下面的例子体会下ThreadLocal的神奇之处吧
public class ThreadLocalTest { private static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>(); public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(() -> { threadLocal.set("本地变量1"); print("thread1"); System.out.println("线程1的本地变量的值为:"+threadLocal.get()); }); Thread thread2 = new Thread(() -> { threadLocal.set("本地变量2"); print("thread2"); System.out.println("线程2的本地变量的值为:"+threadLocal.get()); }); thread1.start(); thread2.start(); } public static void print(String s){ System.out.println(s+":"+threadLocal.get()); } }
执行结果如下：
上述代码中，有一个 threadLocal 变量，类型为ThreadLocal ，然后创建了 thread1 和 thread2 ，并分别在两个线程中调用了 threadLocal.set(String str) 方法，然后用 threadLocal.get() 方法去获取threadLocal变量的值。显然，由输出结果可以知道，线程 thread1 中获取到的值就是它给threadLocal设置的值，即为本地变量1；线程 thread2 中获取到的值就是它给threadLocal设置的值，即为本地变量2。这两个线程是访问不到另外一个线程中的threadLocal的值的。
应用讲完了，现在着重来看一下ThreadLocal的实现原理（大厂面试必问~）
1、ThreadLocal 的 set、get方法
首先看下ThreadLocal 相关类的类图结构：
再看一下Thraed里面的成员变量
我们可以发现Thread类中有两个类型为ThreadLocalMap的变量，ThreadLoaclMap是一个定制化的HashMap。
在默认情况下，每个线程中的这两个变量都为null：
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
只有当线程第一次调用ThreadLocal的set方法或get方法时才会创建它们。
public void set(T value) { //(1)获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); //(2)将当前线程作为key，去查找对应的线程变量，找到则设置。 ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else //(3)第一次调用set方法时，就创建当前线程对应的HashMap。 createMap(t, value); }
(1)处代码首先获取调用set方法的线程，然后使用当前线程作为参数调用getMap(t) 方法，getMap(Thread t) 方法如下：
ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }
可以看到，getMap(t) 的作用是获取线程自己的变量 threadLocals ，其类型是ThreadLocalMap。
如果getMap(t)的返回值非空，则把value值存放到threadLocals中，即把当前变量值存放入当前线程的成员变量threadLocals中。
threadLocals是一个HashMap结构，其中key就是当前ThreadLocal的实例对象引用，value是通过set方法传递的值。
void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }
如果getMap(t）返回的是null，则说明是第一次调 set 方法，这时创建 当前线程的threadLocals 变量。 下面来看 createMap(t, value） 干了啥：
void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }
即创建了一个ThreadLocalMap对象，并将当前线程的threadLocals引用执行它。
再来看看get()方法的代码实现
public T get() { //(4)获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); //(5)获取当前线程的threadLocals变量 ThreadLocalMap map = getMap(t); //(6)如果threadLocals不为null，则返回对应的本地变量的值 if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") T result = (T)e.value; return result; } } //(7)threadLocals为空时，则初始化当前线程的threadLocals成员变量 return setInitialValue(); }
4）处的代码首先获取当前线程实例，如果当前线程的threadLocals不为null，则直接返回当前线程绑定的本地变量；否则执行（7）处代码进行初始化。setInitialValue() 方法如下：
private T setInitialValue() { //(8)初始化为null T value = initialValue(); Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); //(9)如果当前线程的threadLocals变量不为空 if (map != null) map.set(this, value); else //(10)为空则创建一个ThreadLocalMap对象，并将当前线程的threadLocals引用执行它。 createMap(t, value); return value; }
如果当前线程的threadLocals变量不为空，则设置当前线程的本地变量值为null；否则调用createMap方法创建ThreadLocalMap对象，并将当前线程的threadLocals引用执行它。
总结下：在每个线程里都有 threadLocals 的成员变量，该变量的类型为ThreadLocalMap（实际上可以理解为定制的HashMap），其中key为我们所定义的ThreadLocal变量的this引用，value则为set方法传递的值。每个线程的本地变量存放在线程自己的成员变量threadLocals中，如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量会一直存在，故可能会造成内存溢出，故使用完毕后需要使用 remove() 方法删除threadLocals中的本地变量。
