Java多线程技术二：线程间通信—

1 概述

变量值的共享可以使用public static 的声明方式，所有的线程都是用同一个public static变量，那如果想实现每一个线程都有自己的变量该如何解决呢？JDK提供的ThreadLocal就派上用场了。

ThreadLocal类主要的作用就是将数据放入当前线程对象中的Map里，这个Map类是Thread类的实例变量。ThreadLocal类自己不管理也不存储任何数据，它只是数据和Map之间的中介和桥梁，通过ThreadLocal将数据放入Map中，执行流程如下：

数据——>ThreadLocal——>currentThread()——>Map

执行后每个线程中的Map就存储自己的数据，Map中的key存储的是ThreadLocal对象，value就是存储的值，说明ThreadLocal和值之间是一对一的关系，一个ThreadLocal对象只能关联一个值。每个线程中Map的值只对向前线程可见，其他线程不可以访问当前线程对象中Map的值。内存结构如下：

2 get()方法与null

如果从未在Thread中的Map存储 ThreadLocal对象对应的值，则get()方法返回null。

public class Run1 {public static ThreadLocal t1 = new ThreadLocal();public static void main(String[] args) {if(t1.get() == null){System.out.println("从未放过值");t1.set("第一次放的值");}System.out.println(t1.get());System.out.println(t1.get());}
}

ThreadLocal类解决的是变量在不同线程中的隔离性，也就是不同线程拥有自己的值，不同线程中的值是可以通过ThreadLocal类进行保存的。

3 ThreadLocal类存取数据流程分析

运行测试程序：

public class Test {public static void main(String[] args) {ThreadLocal local = new ThreadLocal();local.set("value");System.out.println(local.get());}
}

从JDK源码角度来分析一下ThreadLocal类执行存取操作的流程。

首先看一下数据如何存入到ThreadLocal中的。

（1）执行ThreadLocal.set("value")代码时，ThreadLocal代码如下：

public void set(T value) {//对象t就是main线程Thread t = Thread.currentThread();//从main线程中获取ThreadLocalMap ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {//如果map不等于null，则set操作map.set(this, value);} else {//如果map等于null,则先执行创建，在执行setcreateMap(t, value);}}

（2）ThreadLocalMap map = getMap(t); 源码如下：

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {//参数t就是前面传入的main线程return t.threadLocals;//返回main线程中threadLocals变量对应的ThreadLocalMap对象}

对象threadLocals数据类型就是ThreadLocal.ThreadLocalMap，变量threadLocals是Thread类中的实例变量。

（3）取得Thread中的ThreadLocal.ThreadLocalMap后，根据map对象值是不是null来决定是否对其执行set或create and set操作。

（4）createMap()方法的功能是创建一个新的ThreadLocalMap，并在这个新的ThreadLocalMap里存储数据，ThreadLocalMap中的key就是当前ThreadLocal对象，值就是传入的value，createMap()方法的源码如下：

void createMap(Thread t, T firstValue) {t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}

在实例化ThreadLocalMap的时候，向构造方法传入thi和firstValue，其中，this就是当前ThreadLocal对象，firstValue就是调用ThreadLocal对象时set()方法传入的参数值。

new ThreadLocalMap(this, firstValue)的源码是：

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);}

在源码中可以发现，将ThreadLocal对象与firstValue封装进Entry对象中，并放入table[]数组。

再看一下get()的执行流程。

（1）当执行 local.get() 代码时，ThreadLocal.get()源码如下：

    public T get() {Thread t = Thread.currentThread();//t 就是main线程ThreadLocalMap map = getMap(t);//从main线程中获取ThreadLocalMap if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);//如果map不等于null,获取Entry对象if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}return setInitialValue();}

总结：上面的几个步骤就是set和get的执行流程，比较麻烦。为什么不能直接向Thread类中的ThreadLocalMap对象存取数据呢？这是无法实现的，原因参考下面代码：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

变量 threadLocals 默认是包级访问，所以不能从外部直接访问该变量，也没有对应的get和set方法，只有用同一个包中的类可以访问threadLocals变量，而ThreadLocal和Thread恰好在同一个包中（都在java.lang包下）。

4 验证线程变量的隔离性

本节将实现通过使用ThreadLocal在每个线程中存储自己的私有数据。

public class Tools {public static ThreadLocal t1 = new ThreadLocal();
}

public class MyThreadA extends Thread{@Overridepublic void run(){try {for (int i = 0; i < 10; i++) {Tools.t1.set("A: " +(i+1) );System.out.println("A get：" + Tools.t1.get());int sleepValue = (int)(Math.random() * 10000);Thread.sleep(sleepValue);}}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}
}

public class MyThreadB extends Thread{@Overridepublic void run(){try {for (int i = 0; i < 10; i++) {Tools.t1.set("B: " +(i+1) );System.out.println("B get：" + Tools.t1.get());int sleepValue = (int)(Math.random() * 10000);Thread.sleep(sleepValue);}}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}
}

public class Run1 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MyThreadA a = new MyThreadA();MyThreadB b = new MyThreadB();a.start();b.start();for (int i = 0; i < 10; i++) {Tools.t1.set("main: " +(i+1) );System.out.println("main get：" + Tools.t1.get());int sleepValue = (int)(Math.random() * 10000);Thread.sleep(sleepValue);}}
}

控制台输出的结果表示通过ThreadLocal向每个线程存储自己的私有数据，虽然3个线程都向t1存放数据，但是每个线程仅能取出自己的数据，不能取出其他线程存放的数据。

5 解决get()返回null的问题

新建ThreadLocalExt.java，继承ThreadLocal类，并覆盖 initialValue() 方法

public class ThreadLocalExt extends ThreadLocal{@Overrideprotected Object initialValue(){return "我是默认值，第一次get不再为null";}
}

覆盖initialValue()方法具有初始值，因为ThreadLocal.java中的initialValue方法默认返回值就是null，所以要在子类中重写。源码如下：

protected T initialValue() {return null;}

public class Run1 {public static ThreadLocalExt t1 = new ThreadLocalExt();public static void main(String[] args) {if(t1.get() == null){System.out.println("没有存放过值");t1.set("第一次存放值");}System.out.println(t1.get());System.out.println(t1.get());}

6 验证重写initialValue()方法的隔离性

public class Tools {public  static ThreadLocalExt t1 = new ThreadLocalExt();
}

public class ThreadLocalExt extends ThreadLocal{@Overrideprotected Object initialValue() {return new Date().getTime();}
}

public class ThreadA extends Thread{@Overridepublic void run(){try {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("在线程ThreadA中取值 = " + Tools.t1.get());Thread.sleep(100);}}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}
}

public class Run1 {public static void main(String[] args) {try {for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("在Main线程中取值 = " + Tools.t1.get());}Thread.sleep(2000);ThreadA threadA = new ThreadA();threadA.start();}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}
}

7 使用remove()方法的必要性

ThreadLocalMap中的静态内置类Entry是弱引用类型，源码如下：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}

弱引用的特点是，只要垃圾回收器扫描时发现弱引用的对象，就不管内存是否足够，都会回收弱引用的对象。也就是只要执行gc操作，ThreadLocal对象就会立即销毁，代表key的值ThreadLocal对象会随着gc操作而销毁，释放内存空间，但value值却不会随着gc操作而销毁，这会出现内存溢出。如果对象数量过多，对于ThreadLocalMap类中不用的数据使用ThreadLocal类的remove方法进行清除，实现业务对象的垃圾回收，释放内存。