ThreadLocal 类

通常情况下，我们创建的非局部变量是可以被任何一个线程访问并修改的。而使用 ThreadLocal 创建的变量只能被当前线程访问，其他线程则无法访问和修改。

ThreadLocal 类允许我们创建一个共享变量（这个变量可以被多个线程访问），但是这个共享变量的值包含多个副本，每个副本对应一个线程（且这个副本只能被同一个线程读写的）。因此，如果一段代码含有一个ThreadLocal变量的引用，即使两个线程同时执行这段代码，它们也无法访问到对方的 ThreadLocal 变量的值。

ThreadLoal 变量，它的基本原理是，同一个 ThreadLocal 所包含的对象，在不同的 Thread 中有不同的副本（实际是不同的实例）。这里有几点需要注意：

因为每个 Thread 内有自己的实例副本，且该副本只能由当前 Thread 使用。这是也是 ThreadLocal 命名的由来
既然每个 Thread 有自己的实例副本，且其它 Thread 不可访问，那就不存在多线程间共享的问题

Demo

public class ThreadLocalTest1 {
    public static class MyRunnable implements Runnable {
        private ThreadLocal<Integer> v = new ThreadLocal<Integer>();
        @Override
        public void run() {
            threadLocal.set((int) (Math.random() * 100D));
            try{
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            System.out.println(threadLocal.get());
            System.out.println(threadLocal.hashCode());
            System.out.println("-------");
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new MyRunnable(), "A");
        Thread t2 = new Thread(new MyRunnable(), "B");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

运行结果

26
907247395
-------
67
907247395
-------

分析

即：线程A与线程B在 ThreadLocal 共享实例中保存的整型变量是各自独立的，互不相干，只要在每个线程内部使用 set 方法赋值，然后在线程内部使用 get 方法就能取到对应的值。

由于在不同线程中 ThreadLocal 实例的 hashCode 是相同的，说明不同线程访问的均是同一个 ThreadLocal 实例。

ThreadLocal 原理

既然每个访问 ThreadLocal 变量的线程都有自己的一个“本地”实例副本。一个可能的方案是 ThreadLocal 维护一个 Map，键是 Thread，值是它在该 Thread 内的实例。线程通过该 ThreadLocal 的 get() 方案获取实例时，只需要以线程为键，从 Map 中找出对应的实例即可。该方案如下图所示：

该方案可满足上文提到的每个线程内一个独立备份的要求。每个新线程访问该 ThreadLocal 时，需要向 Map 中添加一个映射，而每个线程结束时，应该清除该映射。这里就有两个问题：

增加线程与减少线程均需要写 Map，故需保证该 Map 线程安全。虽然从ConcurrentHashMap的演进看Java多线程核心技术一文介绍了几种实现线程安全 Map 的方式，但它或多或少都需要锁来保证线程的安全性。
线程结束时，需要保证它所访问的所有 ThreadLocal 中对应的映射均删除，否则可能会引起内存泄漏。

如何创建ThreadLocal变量

以下代码展示了如何创建一个 ThreadLocal 变量：

private ThreadLocal myThreadLocal = new ThreadLocal();

我们可以看到，通过这段代码实例化了一个 ThreadLocal 对象。我们只需要实例化对象一次，并且也不需要知道它是被哪个线程实例化。虽然所有的线程都能访问到这个 ThreadLocal 实例，但是每个线程却只能访问到自己通过调用 ThreadLocal 的 set() 方法设置的值。即使是两个不同的线程在同一个 ThreadLocal 对象上设置了不同的值，他们仍然无法访问到对方的值。

如何访问ThreadLocal变量

一旦创建了一个ThreadLocal变量，你可以通过如下代码设置某个需要保存的值：

myThreadLocal.set("A thread local value”);

可以通过下面方法读取保存在ThreadLocal变量中的值：

String threadLocalValue = (String) myThreadLocal.get();

get() 方法返回一个 Object 对象，set() 对象需要传入一个 Object 类型的参数。

为ThreadLocal指定泛型类型

我们可以创建一个指定泛型类型的 ThreadLocal 对象，这样我们就不需要每次对使用 get() 方法返回的值作强制类型转换了。下面展示了指定泛型类型的 ThreadLocal 例子：

private ThreadLocal myThreadLocal = new ThreadLocal<String>();

现在我们只能往 ThreadLocal 对象中存入 String 类型的值了。并且我们从 ThreadLocal 中获取值的时候也不需要强制类型转换了。

如何初始化ThreadLocal变量的值

由于在 ThreadLocal 对象中设置的值只能被设置这个值的线程访问到，线程无法在 ThreadLocal 对象上使用 set() 方法保存一个初始值，并且这个初始值能被所有线程访问到。

但是，我们可以通过创建一个 ThreadLocal 的子类并且重写 initialValue() 方法，来为一个 ThreadLocal 对象指定一个初始值。就像下面代码展示的那样：

private ThreadLocal myThreadLocal = new ThreadLocal<String>() {
    @Override
    protected String initialValue() {
        return "This is the initial value";
    }
};

一个完整的ThreadLocal例子

下面是一个完整的可执行的 ThreadLocal 例子：

public class ThreadLocalExample {
    public static class MyRunnable implements Runnable {
        private ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
        @Override
        public void run() {
            threadLocal.set((int) (Math.random() * 100D));
            try {
            Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            System.out.println(threadLocal.get());
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
         MyRunnable sharedRunnableInstance = new MyRunnable();
         Thread thread1 = new Thread(sharedRunnableInstance);
         Thread thread2 = new Thread(sharedRunnableInstance);
         thread1.start();
         thread2.start();
    }
}

上面的例子创建了一个MyRunnable实例，并将该实例作为参数传递给两个线程。两个线程分别执行run()方法，并且都在ThreadLocal实例上保存了不同的值。如果它们访问的不是ThreadLocal对象并且调用的set()方法被同步了，则第二个线程会覆盖掉第一个线程设置的值。但是，由于它们访问的是一个ThreadLocal对象，因此这两个线程都无法看到对方保存的值。也就是说，它们存取的是两个不同的值。

Reference

Java ThreadLocal的使用 - http://ifeve.com/java-threadlocal%E7%9A%84%E4%BD%BF%E7%94%A8/
java并发编程学习: ThreadLocal使用及原理 - https://www.cnblogs.com/yjmyzz/p/threadlocal-demo.html
Java进阶（七）正确理解Thread Local的原理与适用场景 - http://www.jasongj.com/java/threadlocal/

【Java】多线程 - ThreadLocal