一、ThreadLocal 定义

  官方JDK的定义：此类提供线程局部变量。这些变量与其正常对应变量的不同之处在于，每个访问一个（通过其get或set方法）的线程都有自己的、独立初始化的变量副本。ThreadLocal实例通常是类中的私有静态字段，这些字段希望将状态与线程（例如，用户ID或事务ID）相关联。
例如，下面的类生成每个线程本地的唯一标识符。线程的id在第一次调用ThreadId.get（）时被分配，并且在随后的调用中保持不变。

ThreadLocal是用来存放线程相关数据的一个容器，这个容器叫做ThreadLocalMap，它是ThreadLocal的一个静态内部类，同时作为Thread类的一个成员变量。ThreadLocal在使用时，先拿到当前线程的成员变量ThreadLocalMap，以当前的ThreadLocal对象作为key，变量作为value存入ThreadLocalMap。 ThreadLocal相当于给每个线程都开辟了一个独立的存储空间，各个线程的ThreadLocal关联的实例互不干扰。然后每个线程取变量都是从线程各自的ThreadLocalMap中取值，自然是线程安全的了。因为变量只在自己线程的生命周期内起作用，所以说ThreadLocal提供线程局部变量，或者叫线程本地变量。

ThreadLocal实例通常总是以静态字段初始化如下：

static ThreadLocal<User> threadLocalUser = new ThreadLocal<>();

 二、ThreadLocal的使用

ThreadLocal 的常用方法：

1. public ThreadLocal()：通过构造器创建对象。一般是静态的。
2. static <S> ThreadLocal<S>withInitial(Supplier<? extends S> supplier)：初始化一个 ThreadLcoal。
3. void set(T value)：设置当前线程绑定的局部变量。
4. T get()：返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。
5. void remove()：删除当前线程绑定的局部变量。

对于多任务，Java标准库提供的线程池可以方便地执行这些任务，同时复用线程。Web应用程序就是典型的多任务应用，每个用户请求页面时，我们都会创建一个任务，类似：

public void process(User user) {
    checkPermission();
    doWork();
    saveStatus();
    sendResponse();
}

process()方法需要传递的状态就是User实例。

这种在一个线程中，横跨若干方法调用，需要传递的对象，我们通常称之为上下文（Context），它是一种状态，可以是用户身份、任务信息等。

给每个方法增加一个context参数非常麻烦，而且有些时候，如果调用链有无法修改源码的第三方库，User对象就传不进去了。

Java标准库提供了一个特殊的ThreadLocal，它可以在一个线程中传递同一个对象。

ThreadLocal实例通常总是以静态字段初始化如下：

static ThreadLocal<User> threadLocalUser = new ThreadLocal<>();

它的典型使用方式如下：

void processUser(user) {
    try {
        threadLocalUser.set(user);
        step1();
        step2();
    } finally {
        threadLocalUser.remove();
    }
}

通过设置一个User实例关联到ThreadLocal中，在移除之前，所有方法都可以随时获取到该User实例：

void step1() {
    User u = threadLocalUser.get();
    log();
    printUser();
}

void log() {
    User u = threadLocalUser.get();
    println(u.name);
}

void step2() {
    User u = threadLocalUser.get();
    checkUser(u.id);
}

注意到普通的方法调用一定是同一个线程执行的，所以，step1()、step2()以及log()方法内，threadLocalUser.get()获取的User对象是同一个实例。

实际上，可以把ThreadLocal看成一个全局Map<Thread, Object>：每个线程获取ThreadLocal变量时，总是使用Thread自身作为key：

Object threadLocalValue = threadLocalMap.get(Thread.currentThread());

因此，ThreadLocal相当于给每个线程都开辟了一个独立的存储空间，各个线程的ThreadLocal关联的实例互不干扰。

最后，特别注意ThreadLocal一定要在finally中清除：

try {
    threadLocalUser.set(user);
    ...
} finally {
    threadLocalUser.remove();
}

这是因为当前线程执行完相关代码后，很可能会被重新放入线程池中，如果ThreadLocal没有被清除，该线程执行其他代码时，会把上一次的状态带进去。

为了保证能释放ThreadLocal关联的实例，我们可以通过AutoCloseable接口配合try (resource) {...}结构，让编译器自动为我们关闭。例如，一个保存了当前用户名的ThreadLocal可以封装为一个UserContext对象：

public class UserContext implements AutoCloseable {

    static final ThreadLocal<String> ctx = new ThreadLocal<>();

    public UserContext(String user) {
        ctx.set(user);
    }

    public static String currentUser() {
        return ctx.get();
    }

    @Override
    public void close() {
        ctx.remove();
    }
}

 二、ThreadLocal原理解析

ThreadLocal 的原理要从它的set(T value)、get()、remove()方法的源码入手：

1、set()方法

public void set(T value) {
        //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //获取维护当前线程变量的ThreadLocalMap数据，一种类似于HashMap的数据结构
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //如果当前线程已经存在了Map，直接调用map.set
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //不存在Map,则先进行新增map，再进行set
    else
        createMap(t, value);
}

set方法中出现了一个ThreadLocalMap这个数据结构，点进去看一下

static class ThreadLocalMap {

    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
        Object value;

        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }
        
        //代码太多不一一贴出来了
}

其中维护了一个entry结构用来用来维护节点的数据，细心地同学应该已经发现了Entry这个结构继承了WeakReference，从构造方法可以看出，ThreadLocalMap的Key是软引用维护的。这个地方很重要，至于为什么重要，后面再细说。

再继续点击一下发现ThreadLocal成员变量里面定义了这么一句话

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

这句话的出现表明了，针对于每一个线程，都是独立维护一个ThreadLocalMap，一个线程也可以拥有多个ThreadLocal变量。

2、get()方法

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();
}

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;
}

protected T initialValue() {
    return null;
}

get()方法整体上比较简单，贴上了关键逻辑逻辑代码，调用get()时，如果存在值，则将值返回，不存在值调用setInitialValue()获取值，其中初始化的值为null，也就是说如果ThreadLocal变量未被赋值，或者赋值后被remove掉了，直接调用get()方法不会报错，将会返回null值。

3、remove()方法

//ThreadLocal
public void remove() {
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
    if (m != null)
        m.remove(this);
}

//ThreadLocalMap
private void remove(ThreadLocal<?> key) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode &amp; (len-1);
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        if (e.get() == key) {
            e.clear();
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        }
    }
}

remove方法调用时会判断当前线程中ThreadLocalMap是否存在，如果存在则调用ThreadLocalMap.remove(key);遍历链表结构移除entry节点

4、ThreadLocal 如何存多个变量

ThreadLocal 使用set方法存数据时，key 用的this对象，就是当前正在使用的 ThreadLocal 对象，说明一个 ThreadLocal 对象，在一个线程中，只能存一个线程本地变量。多个线程虽然都是用的是一个 key，但是不同的线程用的是不同的ThreadLocalMap。

具体做法有两种：

1、 生成ThreadLocal 对象，每个 ThreadLocal 对象对应一个业务变量

2、给 ThreadLocal 初始化一个HashMap，这是最常规的做法。比如下面：

public class ThreadLocalTest {
    private static final ThreadLocal<Map<String, Object>> context =
            ThreadLocal.withInitial(HashMap::new);

    private String getUserId() {
        return String.valueOf(context.get().get("userId"));
    }

    private void setUserId(String userId) {
        context.get().put("userId", userId);
    }

    public void setUserName(String userName) {
        context.get().put("userName", userName);
    }

    public String getUserName() {
        return String.valueOf(context.get().get("userName"));
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();
        for (int i = 1; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                String threadName = Thread.currentThread().getName();
                test.setUserId(threadName + "的userId");
                test.setUserName(threadName + "的userName");
                System.out.println("===执行业务代码===");
                System.out.println(threadName + "-->" + test.getUserId() + "," + test.getUserName());
            });
            thread.setName("线程" + i);
            thread.start();
        }
    }
}