Java的ThreadLocal如何在后台实现？

Question

ThreadLocal如何实现？它是用Java实现的（使用从ThreadID到对象的一些并发映射），还是使用一些JVM挂钩来更有效地实现它？

Answer 1

这里的所有答案都是正确的，但是有些令人失望，因为它们多少掩盖了聪明ThreadLocal的实现是多么的明智。我只是在寻找源代码，ThreadLocal并且对它的实现方式印象深刻。

天真的实现

如果我要求您ThreadLocal<T>在javadoc中描述的给定API的基础上实现一个类，该怎么办？最初的实现可能是ConcurrentHashMap<Thread,T>使用Thread.currentThread()作为其密钥。这样会很好地工作，但确实有一些缺点。

• 线程争用- ConcurrentHashMap是一个非常聪明的类，但是它最终仍必须处理防止多个线程以任何方式破坏它，并且如果不同的线程有规律地命中它，将会降低速度。
• 即使在线程完成并且可以进行GC处理后，它仍永久保持指向线程和对象的指针。

GC友好的实现

好的，再试一次，让我们使用弱引用来处理垃圾回收问题。处理WeakReferences可能会造成混淆，但是使用像这样构建的地图应该足够了：

 Collections.synchronizedMap(new WeakHashMap<Thread, T>())

或者，如果我们使用的是番石榴（应该是！）：

new MapMaker().weakKeys().makeMap()

这意味着一旦没有其他人抓住线程（暗示线程已完成），就可以对键/值进行垃圾收集，这是一种改进，但仍无法解决线程争用问题，这意味着到目前为止，我们ThreadLocal还不是全部令人赞叹的一堂课。此外，如果有人决定在Thread完成后保留对象，那么就永远不会对它们进行GC处理，因此即使我们的对象现在在技术上无法到达，也不会对其进行GC处理。

聪明的实现

我们一直在考虑ThreadLocal将线程映射为值，但是也许这实际上并不是正确的思考方式。与其将其视为从Threads到每个ThreadLocal对象中的值的映射，不如将其视为ThreadLocal对象到
每个Thread中的
值的映射怎么办？如果每个线程都存储了该映射，而ThreadLocal仅提供了该映射的一个不错的接口，我们可以避免以前实现中的所有问题。

一个实现看起来像这样：

// called for each thread, and updated by the ThreadLocal instance
new WeakHashMap<ThreadLocal,T>()

此处无需担心并发性，因为只有一个线程将访问此映射。

Java开发人员在这里比我们有一个主要优势-他们可以直接html" target="_blank">开发Thread类并向其添加字段和操作，而这正是他们所做的。

其中java.lang.Thread有以下几行：

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
 * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

正如评论所暗示的，确实是ThreadLocal对象为此跟踪的所有值的私有包映射Thread。的实现ThreadLocalMap不是WeakHashMap，而是遵循相同的基本协定，包括通过弱引用来持有其密钥。

ThreadLocal.get() 然后实现如下：

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();
}

而ThreadLocal.setInitialValue()像这样：

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;
}

本质上， 在此线程中
使用地图可以容纳我们所有的ThreadLocal对象。这样，我们永远不必担心其他线程中的值（ThreadLocal字面上只能访问当前线程中的值），因此没有并发问题。此外，一旦Thread完成，其映射将自动进行GC处理，并且将清除所有本地对象。即使将Thread其保留，ThreadLocal对象也会被弱引用保留，并且一旦ThreadLocal对象超出范围，就可以将其清除。

不用说，这个实现给我留下了深刻的印象，它很好地解决了很多并发问题（可以利用作为核心Java的一部分，但这是可以原谅的，因为它是一个非常聪明的类），并且允许快速和对仅一次需要一个线程访问的对象的线程安全访问。

tl; dr ThreadLocal的实现非常酷，并且比您乍看之下要快/聪明得多。

如果您喜欢这个答案，您可能也会喜欢我（不那么详细）的讨论ThreadLocalRandom。

Thread/ ThreadLocal代码段摘自Oracle / OpenJDK的Java
8实现。