ThreadLocal中篇:解开ThreadLocal的神秘面纱

ThreadLocal 用来提供线程级别变量,变量只对当前线程可见。相比与“ 使用控制共享变量访问顺序
”的解决方案。 ThreadLocal通过 空间时间的方案,规避了竞争问题,每个线程都有属于自己的变量。

此时就产生了第一个问题: 线程如何维护属于自己的变量副本

线程如何维护属于自己的变量副本?

1.首先看下Thread类

public class Thread implements Runnable {
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}
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Thread中有一个threadLocals 属性表示线程的本地变量。这个属性的类型是ThreadLocal.ThreadLocalMap

2.ThreadLocalMap是啥:

ThreadLocalMap 是ThreadLocal的内部类,他是类Map结构,也是存储K-V结构数据,并用Entry封装K-V。
不同的是 ThreadLocalMap的Entry的K只能是ThreadLocal类型对象,并且是一个弱引用。

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
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也就是说线程通过一个类Map数据结构ThreadLocal.ThreadLocalMap 来存储属于自己的线程变量。

ThreadLocal.ThreadLocalMap 何时初始化?
ThreadLocal.ThreadLocalMap 如何存取值?
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3.ThreadLocal本尊

ThreadLocalMap 赋值,取值操作的入口在其外部类ThreadLocal中。

sett(v)方法内调用ThreadLocalMap 的set(this,v)方法存值。( 类似Map的put(k,v)方法

public void set(T value) {
    //1. 获取当前线程实例对象
    Thread t = Thread.currentThread();
    //2. 通过当前线程实例获取到ThreadLocalMap对象
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        //3. 如果Map不为null,则以当前threadLocl实例为key,值为value进行存入
        map.set(this, value);
    else
        //4.map为null,则新建ThreadLocalMap并存入value
        createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
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get()方法内调用ThreadLocalMap 的getEntry(this)方法取值( 类似Map的get(k)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;
}
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通过代码可以看出:

  • 第一次操作线程的ThreadLocalMap属性时,会初始化一个ThreadLocal.ThreadLocalMap , set(v)
    会存入以参数为Value的KV数据, get()
    会存入以 null
    为value的KV数据。
  • ThreadLocal.ThreadLocalMap 存值操作入口是ThreadLocal.set(v)方法,并以当前ThreadLocal变量为key,参数为value。
  • ThreadLocal.ThreadLocalMap 取值操作入口是ThreadLocal.get(v)方法,key为当前ThreadLocal变量

我们在从代码层面直观的体会这个操作:

ThreadLocal threadLocal1 = new ThreadLocal();

//如果第一次给线程赋值,此处类似
// Map map = new HashMap(); map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")
threadLocal1.set("变量第一次赋值");//类似map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")

threadLocal1.set("变量第二次赋值");//类似map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")

System.out.println(threadLocal1.get());//类似map.get(threadLocal1)

输出:变量第二次赋值
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至此线程的本地变量的本质就清晰了。就是 Thread用类似Map的ThreadLocal.ThreadLocalMap数据结构来存储以ThreadLocal类型的变量为Key的数值,并用ThreadLocal来存取删,操作ThreadLocalMap

  • 当我们 定义一个ThreadLocal变量
    时,其实 就是在定义一个Key
    .
  • 当我们调用set(v)方法时,就是以当前ThreadLocal变量为key,传入参数为value,向ThreadLocal.ThreadLocalMap存数据。
  • 当我们调用get()方法时,就是以当前ThreadLocal变量为key,从ThreadLocal.ThreadLocalMap取对应的数据

总结

Thread用类似Map的ThreadLocal.ThreadLocalMap数据结构来存储以ThreadLocal类型的变量为Key的数值,并用ThreadLocal来存取删,操作ThreadLocalMap

TreadLocal 是线程本地变量,从 线程的角度出发
,来看ThreadLocal,对于我们理解TreadLocal非常有帮助

扩展

1.ThreadLocalMap的Hash冲突解决办法

采用线性探测的方式,根据key计算hash值,如果出现冲突,则向后探测,当到哈希表末尾的时候再从0开始,直到找到一个合适的位置。

这种算法也决定了ThreadLocalMap不适合存储大量数据。

2.ThreadLocalMap的扩容问题

threadLocalMap初始大小为16,加载因子为2/3,当size大于threshold时,就会进行扩容。

扩容时,新建一个大小为原来数组长度的两倍的数组,然后遍历旧数组中的entry并将其插入到新的hash数组中,在扩容的时候,会把key为null的Entry的value值设置为null.
以便内存回收,减少内存泄漏问题。

原文 

https://juejin.im/post/5dcb58f2f265da4d3f44c5a1

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