ThreadLocal类在面试中经常问到，它的作用，使用场景，如何实现等等问题。所以对它的学习也是十分有必要的。
使用场景
很多书中经常举多线程中数据库连接的例子来说明ThreadLocal的使用场景。具体的可以看这篇博客，在这里我总结下什么情况下应该使用ThreadLocal，使用ThreadLocal应该满足以下几个条件：①前提是多线程环境下的使用；②各线程都需要使用到这个变量；③这个变量被各线程频繁的使用；④各线程间变量是隔离不会影响的。看起来这些场景很奇怪，如果满足④为什么不使用线程私有变量？②也表明私有变量能够解决这个问题，为什么不用呢？这些问题都留到最后来解答吧，先看下面一个例子。
代码实例
举例说明：一个公司包括很多部门，有技术部门，财务部门以及业务部门等；每个部门都有一定的杂事需要处理，比如素质拓展、团队建设、业绩考核等工作，这里我们把处理杂事的人或者组织称为HRBP(人事经理)。HRBP有名字和工作时间：
public class HRBP {
private String name; // 名字
private String date; // 工作时间 为了方便用字符串代替
public void setName(String name){
this.name = name;
}
public String getName(){
return name;
}
public void setDate(String date){
this.date = date;
}
public String getDate(){
return date;
}
@Override
public String toString() {
return "HRBP [name=" + name + ", date=" + date + "]";
}
}
把各部门看做不同的线程；假如各部门在同一时间都需要开展素拓活动，很明显，这个时候HRBP忙不过来，无法顾及三个部门，为了保证部门工作的顺利开展，需要错开时间，也就是异步进行；还有一种解决方法：为每个部门配备一个HRBP，单独负责各部门的工作，但考虑每个部门并不是很忙，比如技术部门活动和工作都安排在月初、而财务则在月底较忙、业务部门则在下半年比较忙，所以为每个部门配备一个HRBP显得有点资源浪费，所以可以通过错开时间而开展各部门的工作。
public class ThreadLocalTest {
private static ThreadLocal<HRBP> hrpbTLocal = new ThreadLocal<HRBP>();
public static void main(String[] args) {
final HRBP hrbp = new HRBP();
hrbp.setName("zhangsan");
hrbp.setDate("all years");
// 财务部门
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
hrbp.setDate("late month"); // 集中在月底时间处理财务部门的管理事情
hrpbTLocal.set(hrbp);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + hrpbTLocal.get());
}
}, "treasurersDept").start();
// 技术部门
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
hrbp.setDate("first month"); // 集中在月初处理技术部门的管理事情
hrpbTLocal.set(hrbp);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + hrpbTLocal.get());
}
}, "technologyDept").start();
// 业务部门
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
hrbp.setDate("last half year"); // 集中在下半年处理业务部门的管理事情
hrpbTLocal.set(hrbp);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + hrpbTLocal.get());
}
}, "operatingDept").start();
}
}
代码运行结果：
treasurersDept: HRBP [name=zhangsan, date=late month]
technologyDept: HRBP [name=zhangsan, date=first month]
operatingDept: HRBP [name=zhangsan, date=last half year]
代码里把各部门作为各线程，各线程占有hrbp的时间分别不同，但都是”zhangsan”这个hrbp。
例子和代码结合可以概括为：
起初，一个hrbp被三个线程共享，但当三个线程在某时刻都需要hrbp时，只能同步访问，导致访问效率比较低下；为了提高各部门的工作效率，可以为三个部门分别提供一个hrbp，但考虑到每个部门的忙活时间段不同，配备三个hrbp显得有点资源浪费，所以为了效率和资源的充分利用，hrbp分别在不同的时间段侧重不同的部门，这就好比为每个线程配备一个私有的hrbp，各个线程之间的工作互不影响。此时回头看看使用场景，或许能豁然开朗。
hrbp在三个不同的线程里是如何做到时间分配的？即某个对象的属性在多个线程里是如何做到互不干扰的？此时，ThreadLocal就出来了。
源码解读
ThreadLocal类意思是线程本地变量，变量只在本线程内有用。
3.1 构造方法
public ThreadLocal() {} // 创建一个线程本地变量
在上面的例子中：
ThreadLocal<HRBP> hrpbTLocal = new ThreadLocal<HRBP>();
表示创建一个线程本地变量，变量中可放HRBP类型的对象；为方便使用用private和static修饰符修饰hrpbTLocal对象。
3.2 set()方法
代码中新建并启动三个线程，各线程中调用hrpbTLocal对象的set()，放入修改后的hrbp对象；从结果看出貌似生成了三个hrbp对象，那么底层是如何实现的呢？接下来看一下set():
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
逻辑貌似很简单，分为以下三个步骤：
1> 获取当前线程t；
2> 根据当前线程t调用getMap()返回一个ThreadLocalMap对象map;
3> map对象不为空则调用set()把value放进去，否则调用createMap()创建新的对象；
3.2.1 ThreadLocalMap
ThreadLocalMap何许类也？让我们通过getMap方法一探究竟！
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
t为当前线程，getMap方法返回的是当前线程的全局变量threadLocals；
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
threadLocals默认为空；同时，可见ThreadLocalMap类是ThreadLocal类的内部类；通过看ThreadLocalMap类源码发现以下几点：
1> ThreadLocalMap类并非实现Map接口；它是一个定制的哈希映射，用于维护线程本地值；
2> 哈希键值对中的键一般为ThreadLocal对象，并采用weakReferences引用，方便线程本地的垃圾回收；
3.2.2 createMap()
在本实例中，默认的threadLocals为空，因此调用createMap(t,value)方法新建ThreaLocalMap对象；
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
t为当前线程，this为threadLocal对象；
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
新建threadLocalMap对象要完成以下几件事：
1> 生成一个INITIAL_CAPACITY(16)大小的Entry类型的数组；
2> 根据threadLocal对象的hashCode值与15做与运算得到entry对象的存储位置；并设置entry在table数组中的个数为1；
3> 设置调整阈值，以在最坏的情况保持2/3的负载因子；
至此，set方法过程已经结束。从上面代码机制中可以看出：ThreadLocalMap是延迟创建，只有当有线程本地值添加以后才会新建对象；而且建立的map对象中，键固定为当前线程的threadLocal对象，且是弱引用类型的对象(线程可建立多个threadLocal对象)。
3.2.3 ThreadLocalMap.set()
在此，我觉得非常有必要看一下当新建第二个threadLocal对象时发生的事情，此时调用map.set()方法;
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
// We don't use a fast path as with get() because it is at
// least as common to use set() to create new entries as
// it is to replace existing ones, in which case, a fast
// path would fail more often than not.
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
代码可以分为以下几步：
1> 当前threadLocal对象的hashCode值与数组长度(16)减1做位运算得到entry对象在table中的存储位置；(为什么要减1？)
2> 如果当前位置有值(entry对象)，则判断entry对象的键与传进来的threadLocal是否是同一个threadLocal对象，若是则直接覆盖并结束，若不是则调用nextIndex()方法寻找下一个位置；
3> nextIndex()不采用重新hash而是直接加1寻找下一个存储entry对象的位置；这样做是因为set动作比较频繁，重新hash之后失败率更高。
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
4> 若当前entry不为空，但entry对象上的键为空，则在该位置插入键值对取代原来的键值对并结束。
5> 若当位置没有为空，则new一个entry放在该位置；
6> 若该位置后无空闲entry对象且entry对象数量大于等于阈值（数组长度与负载因子(2/3)的乘积），则rehash()数组（容量扩大为原来的2倍）。
3.2 get()
上面分析了如何往ThreadLocal对象中set值，下面看看如何取值
public T get() {
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();
}
get方法相对比较简单，分为以下几步：
1> 通过当前线程t获得map对象；
2> 如果map对象不为空，则获取当前threadLocal键值对应的entry对象，并返回value;
3> 如果map对象为空，则调用setInitialValue()方法创建ThreadLocalMap对象，并把键值对放入map对象中，最后返回value值；
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
可知与set()方法非常类似，只是多了第一行初始化value的代码（value=null）。按理来说返回一个不存在的map，直接返回null不就好了，为什么还要新建map呢？
3.3 remove()
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
调用ThreadLocalMap的remove()方法
private void remove(ThreadLocal<?> key) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
if (e.get() == key) {
e.clear();
expungeStaleEntry(i);
return;
}
}
}
清除threadlocal对象对象的entry对象。
总结
参考文献
《实战java高并发程序设计》
http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html
https://www.jianshu.com/p/98b68c97df9b
https://www.cnblogs.com/coshaho/p/5127135.html