前言
今年四月份面阿里，前一阵子面美团，一说JAVA基础，都会提到ThreadLocal，看来一句“多线程这方面做的不多”是不会让面试官客气的，好在亡羊补牢，为时未晚，在本文中我来谈谈我对ThreadLocal的理解。本文的很多观点来自《深入理解java虚拟机》以及《java特种兵》。
线程安全
我们很难想象在计算机的世界，程序执行时，被不停地中断，共享的数据可能会被修改和变“脏”。为保证程序的正确性，通常我们会想到，确保共享数据在某一时刻只能被一个线程访问。一个常用手段便是“互斥”，具体到java代码，通常是使用synchronized关键字。“互斥”后，线程访问是安全了，但并发执行的效率下降了，怎么办？
“互斥”之所以会引起效率下降，是因为就解决“线程安全”这个问题而言，它太“重量级”了（或者说，粒度太大了），考虑的太过直接和全面。比如，线程A和线程B共享数据data，线程B访问data时，需要先申请锁，但发现锁已经“锁住”，怎么办？
-
挂起线程B。
然而，Java线程通常由内核线程实现，线程的挂起和切换等需要系统进行用户态和内核态的切换，太“费劲儿”了。而线程访问data的操作可能耗时很短，为此挂起线程会引起一些浪费。
- 使用读写锁，读操作之间是不互斥的。
- 线程B发现数据“锁住了”，就空转一下，等一会儿再试试可不可以访问。（这完全就是另外一种并发编程模型了，基于这个模型，也产生了一系列的组件，比如队列等）
- 在某些场景下，可以让线程A和线程B都保有一份data，就可以去掉竞争，“以空间换时间”。netty中就实现了一个基于threadlocal的轻量级对象池。对于common pool来说，每次请求对象要进行线程安全处理。而netty 的pool area则是每个线程先维护一个小对象池，每次线程先去自己的对象池中请求对象，不够了，再去线程公用的对象池里拿。线程的对象池和线程公用的对象池组成了netty的对象池。
因此针对一些具体的使用场景，我们放宽要求甚至不采用互斥，也能达到“线程安全”，同时在效率上有所提高。
线程原生的局部变量
以上是从线程安全的角度出发，那么从线程本身角度看，线程操作时，往往需要一些对象（或变量），这些对象只有这个线程才可以使用。Java在语法层面没有提供线程的“局部变量（成员变量）” 这个支持，当然，我们可以变通一下：
class MyThread extends Thread{
int abc; // 我们自定义的局部变量
public void run(){xxx}
}
其实为实现这个特性，除了我们自己继承Thread类以外，观察Java Thread类源码，可以发现其有一个ThreadLocalMap成员。我们可以揣测，开发Java的那些大咖们估计我们会有这样的需求，但不知道我们会需要什么样的成员变量，所以预留这样一个“容器”，留给我们来存储自定义成员变量。
// Thread类部分源码
public class Thread implements Runnable {
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals= null ;
xxx;
}
threadLocals是Thread的default类型的成员，ThreadLocal跟Thread类在一个包下，所以在ThreadLocal类中可以Thread.currentThread().threadLocals来操作threadLocals成员。
threadLocals(是一个map) ==> <ThreadLocal1,value1>
<ThreadLocal2,value2>
<ThreadLocal3,value3>
ThreadLocal有以下方法：
set(v){
当前线程.threadlocals.put(this,v);
}
get(v){
当前线程.threadlocals.get(this);
}
remove(v){
当前线程.threadlocals.remove(this);
}
这里，有一个跟寻常开发习惯不同的地方，一般，一个类的成员变量由这个类自己负责初始化，而在Thread类中，由ThreadLocal类负责对其ThreadLocalMap成员初始化。由于一个ThreadLocal包装一个value，所以ThreadLocal对象也可以和value形成一对一映射。
换句话说，变量有类作用域，对象作用域和线程作用域(作为Thread类的成员，或者被其成员引用，就具备了线程作用域)。只要将一个变量放在线程的threadLocals成员中，这个变量便有了线程作用域。与类作用域和对象作用域不同，这两种作用域的变量直接用关键字注明即可。一个变量要想拥有线程作用域，也就是要进入threadLocals这个map中，必须通过ThreadLocal类的操作（ThreadLocal类和Thread类一个包，可以直接操作threadLocals成员），同时还要一个key搭伙，ThreadLocal类对象也可以代劳。
线程私有变量 在C 语言的实现
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
__thread int g = 0; // 1，这里增加了__thread关键字，把g定义成私有的全局变量，每个线程都有一个g变量
全局视角看技术-Java多线程演进史想像一下如果让你设计，一般的简单思路是：在ThreadLocal里维护一个全局线程安全的Map，key为线程，value为共享对象。这样设计有个弊端就是内存泄露问题，因为该Map会随着越来越多的线程加入而无限膨胀，如果要解决内容泄露，必须在线程结束时清理该Map，这又得强化GC能力了，显然投入产出比不合适。于是，ThreadLocal就被设计成Map不由ThreadLocal持有，而是由Thread本身持有。key为ThreadLocal变量，value为值。每个Thread将所用到的ThreadLoacl都放于其中。
硬件基础
在 Linux 系统中，fs 段可以用于存储线程的 TLS 数据，通常通过 fs 段寄存器来访问。
使用模式
换个方式看待
class A{
private String var1;
private ThreadLocal var2;
public void func(){
opt var1;
opt var2;
}
}
《spring权威指南》中曾经有一段非常精彩：面向对象设计其实也是一种模块化的方法，它把相关的数据及其处理方法放在了一起。与单纯的使用子函数进行封装相比，面向对象的模块化特性更完备，它体现了计算的一个基本原则——让计算尽可能靠近数据（这都能联系到一起）。这样一来，代码组织起来就更加整齐和清晰，一个类就是一个基本的模块。
以上述代码为例，从模块化的角度看，func方法可以操作var1和var2，对象将数据和操作数据的方法结合在了一起。但线程本身只是执行方法的（无论是C语言还是java语言，初始化一个线程本质上都是赋给它一个函数），线程割裂了这种结合。按照操作系统的说法，线程之间共享进程的资源，代码段共享，而数据段则只有一份。如果要每个线程都有自己的”数据段”，就要将变量Thread local化。
变相传参
变相传递参数的一个例子（实现变量在同一线程内，跨类使用）。MyContext在此处作为thread local变量的操作对象。
MyContext{
// 既然numThreadLocal作为线程作用域存在，那么ThreadLocal对象的作用域也必须只大不小，所以就弄成静态的了。
public static ThreadLocal<Integer> numThreadLocal = new ThreadLocal<Integer>();
public void set(Integer num){
numThreadLocal.set(num);
}
public Integer get(){
return numThreadLocal.get();
}
public void close(){
numThreadLocal.remove();
}
}
MyComponent{
public void say(){
System.out.println("num ==> " + MyContext.get())
}
}
Main{
public static void main(String[] args){
for(int i=0;i<10;i++){
final int num = i;
new Thread(){
public void run(){
MyContext.set(num);
new MyComponent().say();
MyContext.close();
}
}.start();
}
}
}
使用ThreadLocal时，要注意释放资源，对于一个正常的线程，线程运行结束后，ThreadLocal数据会自动释放。而对于线程池提供的线程，有时很长时间都不会释放（线程是被复用的），ThreadLocal变量的积累会导致线程占用资源过多。
在这个例子中，如果将MyContext按如下方式书写：
MyContext{
public static Integer num = new Integer();
public void set(Integer num){
this.num = num;
}
public Integer get(){
return this.num;
}
}
那么输出的内容，就很有可能相互干扰了。
笔者碰到的一个thread local使用实例是：公司有一个通用的后台系统，负责通用的账号、权限管理等。每个人自己开发的业务系统，接入通用后台系统。通常，业务系统要记录操作人员的change log，即业务系统要获取操作人员id。如何实现呢？业务系统接入后台系统filter，在filter中获取用户id，并写入thread local中。随后，在业务系统的任意位置，即可通过工具类，从thread local获取到用户id信息。
引用
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