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ThreadLocal原理解析

news 来源：原创 2025/6/30 6:51:52

ThreadLocal原理解析

本篇将带大家了解ThreadLocal的使用方法，并且深度剖析其原理和作用，通过阅读源码的方式，进一步了解其内部原理

ThreadLocal 是 Java 提供的一个工具类，用于为每个线程维护一个独立的变量副本。每个线程可以访问自己专属的变量值，而其他线程无法访问或影响它，从而实现线程之间的隔离，当我们在同一线程中的不同层级之间，如果想要共享一些变量，而又不方便将变量作为参数传来传去时，ThreadLocal就可以用来存放线程中的共享变量

比如在用户登录后做校验时，会把用户ID存放进去，以便在后面的业务中验证用户的身份，我们就会定义一个工具类：

public class UserHolder {private static final ThreadLocal<UserDTO> tl = new ThreadLocal<>();public static void saveUser(UserDTO user){tl.set(user);}public static UserDTO getUser(){return tl.get();}public static void removeUser(){tl.remove();}
}

ThreadLocal的实现原理

每个线程都有一个独立的ThreadLocal，他们互不影响
存储值时会获取当前线程对象Thread，Thread中有一个map结构，用来存储变量
这个map结构就是ThreadLocalMap，是一个哈希表，他是ThreadLocal的一个内部类
ThreadLocalMap的key是ThreadLocal实例，value就是我们存进去的值

也就是说，用创建的ThreadLocal实例调用set方法时，在方法中会先获取当``前线程的线程对象Thread，在Thread中维护了一个ThreadLocalMap对象用来存放变量。而每个线程的线程对象是唯一的，因此该变量只在当先线程的任意位置可获取，而其他线程无法访问或影响它，从而实现线程之间的隔离

查看源码

打开ThreadLocal的源码，先来查看他的get方法

`get`方法：

public T get() {return get(Thread.currentThread());
}

在get方法调用了他的重载方法get(Thread t)，获取当前线程对象Thread作为参数：

private T get(Thread t) {ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {if (map == ThreadLocalMap.NOT_SUPPORTED) {return initialValue();} else {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T) e.value;return result;}}}return setInitialValue(t);
}

这里getMap(Thread t)方法从线程对象中获取其内部的 ThreadLocalMap，每个线程都有自己的 ThreadLocalMap，这个 Map 存储了所有 ThreadLocal 的变量，打开Thread的源码就可以看到getMap方法和这个ThreadLocalMap：

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals; // 返回下面的ThreadLocalMap }

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

接着会对这个线程对象里的map做逻辑判断：

如果map为空，则调用 setInitialValue()返回一个默认值
如果不为空，则继续判断当前线程是否支持ThreadLocal，如果检测到当前线程的 ThreadLocalMap 是 NOT_SUPPORTED，也就是不支持直接调用 initialValue()默认返回一个null
如果当前线程支持，则获取map中当前ThreadLocal的entry对象，在entry对象中获取value值返回

`setInitialValue`方法：

private T setInitialValue(Thread t) {// 调用子类实现的 initialValue 方法，获取初始值T value = initialValue();// 获取当前线程的 ThreadLocalMapThreadLocalMap map = getMap(t);// 确保当前线程支持 ThreadLocalassert map != ThreadLocalMap.NOT_SUPPORTED;// 如果 map 已存在，设置初始值if (map != null) {map.set(this, value);} // 如果 map 为空，为当前线程创建一个新的 ThreadLocalMap 并存储初始值else {createMap(t, value);}// 如果当前 ThreadLocal 是 TerminatingThreadLocal 类型，注册清理逻辑if (this instanceof TerminatingThreadLocal<?> ttl) {TerminatingThreadLocal.register(ttl);}return value;
}

setInitialValue方法的作用是为当前线程的 ThreadLocal变量设置初始值。当线程第一次访问 ThreadLocal 的值时，如果还没有为该线程存储任何值，ThreadLocal 会调用此方法完成初始化。这种机制确保每个线程有一个独立的初始值

`initialValue`方法：

protected T initialValue() {return null;
}

initialValue() 是一个可被子类重写的方法，用于指定线程的初始值，默认返回 null
那为什么当前线程不否支持ThreadLocal时会调用该方法返回一个默认值呢？
其实这是提供了一种降级行为，确保即使线程不支持完整的 ThreadLocal 机制，程序也能提供默认值来维持基本功能，这种设计体现了对兼容性和灵活性的考虑

我们再查看他的set方法：

`set`方法：

public void set(T value) {set(Thread.currentThread(), value);
}

通扬也调用了重载方法传入了当前线程对象和要添加的值

    private void set(Thread t, T value) {ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map == ThreadLocalMap.NOT_SUPPORTED) {throw new UnsupportedOperationException();}if (map != null) {map.set(this, value);} else {createMap(t, value);}}

也是利用同样的getMap方法获取到Thread中的map

如果当前线程不支持ThreadLocal机制，则会抛出一个异常
如果map不为空，将传入的变量值set进集合中，key就是当前的ThreadLoacl实例对象
如果map是空，则调用createMap方法创建一个map集合并set初始的key和变量value

当我们使用完这个变量，就要从当前线程的 ThreadLocalMap 中移除当前 ThreadLocal 实例对应的变量，再让我们看一下remove方法的实现

`remove`方法：

public void remove() {remove(Thread.currentThread());
}

获取当前线程对象，调用重载方法：

private void remove(Thread t) {ThreadLocalMap m = getMap(t);if (m != null && m != ThreadLocalMap.NOT_SUPPORTED) {m.remove(this);}}

依然是调用我们最熟悉的getMap方法获取map对象，判断它既不为空，同时当前线程支持ThreadLocal机制，才能对其进行删除操作，执行map的remove方法将这个map删除，至此，对于ThreadLocal的使用就结束了

通过对 ThreadLocal 原理和源码的解析，可以看出它的设计非常巧妙，能够高效地为每个线程维护独立的变量副本，从而实现线程之间的隔离性，在实际开发中，ThreadLocal 被广泛用于场景较为复杂的线程变量共享，尤其是跨层传递上下文信息的场景