ThreadLocal 深入了解

ThreadLocal用于提供线程局部变量，每个线程有拥有其独立初始化的变量副本。当线程消失时，其线程本地实例的所有副本都将被垃圾回收。

ThreadLocal<Object> threadLocal = new ThreadLocal<>();

Thread类中定义了类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的成员变量

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

ThreadLocal定义

static class ThreadLocalMap {

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

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
}

内存中关系如下图表示

通过源码可以看出
1、new ThreaLocal()会在堆内存中创建一个ThreadLocal对象，对应的应用在栈中。
2、ThreadLocalMap是Thread类的成员变量，key是ThreadLocal对象，Value是当前线程的局部变量。
key通过弱引用指向ThreadLocal对象，这里为什么会设计成弱引用（关于弱引用及软引用、强引用的关系参考上一篇文章），是因为ThreadLocal的设计者考虑到线程往往是以线程池的形式存在，这样线程的生命周期就会很长，Thread对象->ThreadLocalMap->Entry这条引用链会一直存在，因为是强引用，GC时不会被回收，如果key强应用ThreadLocal对象，那么key引用的对象也不会被回收，容易造成内存的泄露。而设计成弱引用后，只要ThreadLocal->ThreadLocal对象的这条强引用关系消失，则GC的时候threadlocal对象就会被回收。而ThreadLocal的作用域是当前线程，所以当当前线程结束时，ThreadLocal对象将会在下次GC时被回收掉。

ThreadLocalMap数据结构

ThreadLocal的get/set都是通过ThreadLocalMap实现，而ThreadLocalMap内部跟Map类似，也是通过数组实现。数组元素是Entry对象，key值是ThreadLocal对象，value值存放线程变量。

    static class ThreadLocalMap {
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        //初始容量大小
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        //元素存放数组
        private Entry[] table;

        //数组元素个数
        private int size = 0;

        //扩容阈值
        private int threshold; // Default to 0

ThreadLocalMap Hash冲突解决办法

我们知道在Map中，如果Hash冲突，会存放为链表结构，当链表长度超过一定阈值时（超过8）会转换为红黑树，但是ThreadLocal不同，即没用链表也没用红黑树，而是采用了线性探测的方式，即先找到需要存放的位置，如果该位置不为空，则根据一定算法计算步长，线性寻址下个位置。

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            // 计算要存放元素在数组中的位置，上面第一步
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            for (Entry e = tab[i];
                 // 循环结束条件是元素为null，即找到存放位置
                 e != null;
                 // 根据固定算法计算循环步长 
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                //key相同，则更新值，并退出循环
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
                //如果key为空，做一些清理操作
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }

            // 找到合适的槽位，并new一个新的Entry
            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
            //计算是否需要扩容
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }