Java并发编程（三） ThreadLocal

下面我们来说一下ThreadLocal。我们知道，ThreadLocal是一个实现线程间资源隔离的类，ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，所以每个线程可以访问自己内部的副本变量，不同线程之间不会互相干扰。下面我们就来看一下ThreadLocal的原理。
我们看一下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();
}

ThreadLocal有一个内部类ThreadLocalMap，这个类有2个属性，一个是size，就是数组的长度，一个是threshold，就是扩容时的比例，默认是2/3。当size >= threshold时，遍历table并删除key为null的元素，如果删除后size >= threshold*3/4时，需要对table进行扩容。
再来看一下set方法

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

就是每一个线程都有一个自己的ThreadLocalMap，每次从自己线程的ThreadLocalMap里取值。我们再来看一下ThreadLocalMap这个类

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

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

内部维护了一个Entry数组

private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
        Entry[] parentTable = parentMap.table;
        int len = parentTable.length;
        setThreshold(len);
        table = new Entry[len];

        for (int j = 0; j < len; j++) {
            Entry e = parentTable[j];
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();
                if (key != null) {
                    Object value = key.childValue(e.value);
                    Entry c = new Entry(key, value);
                    int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
                    while (table[h] != null)
                        h = nextIndex(h, len);
                    table[h] = c;
                    size++;
                }
            }
        }
    }

通过hashcode&(len-1)取到数组的下标值，然后判断该位置上是否有元素，如果没有直接放入，如果有，线性找到下一个位置放入，然后把size++。再来看一下set方法

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

        // We don't use a fast path as with get() because it is at
        // least as common to use set() to create new entries as
        // it is to replace existing ones, in which case, a fast
        // path would fail more often than not.

        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;
        int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

        for (Entry e = tab[i];
             e != null;
             e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();

            if (k == key) {
                e.value = value;
                return;
            }

            if (k == null) {
                replaceStaleEntry(key, value, i);
                return;
            }
        }

        tab[i] = new Entry(key, value);
        int sz = ++size;
        if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
            rehash();
    }

1.先通过hashcode&(len-1)找到数组的下标
2.如果entry不为null,设置entry的引用为k
3.如果k==key，则修改value值
4.如果k==null，说明k是以前的元素，则删除原来的元素，并添加新的元素进去，否则查找下一个元素的位置，重新判断k的引用是否为null
5.如果entry为null，则把entry加入到table的i位置中
6.通过cleanSomeSlots删除原来的元素，如果table中没有元素删除，则判断是否需要进行扩容
如果table中的元素数量达到阈值threshold的3/4，会进行扩容操作，下面我们来看一下resize方法

private void resize() {
        Entry[] oldTab = table;
        int oldLen = oldTab.length;
        int newLen = oldLen * 2;
        Entry[] newTab = new Entry[newLen];
        int count = 0;

        for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
            Entry e = oldTab[j];
            if (e != null) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == null) {
                    e.value = null; // Help the GC
                } else {
                    int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                    while (newTab[h] != null)
                        h = nextIndex(h, newLen);
                    newTab[h] = e;
                    count++;
                }
            }
        }

        setThreshold(newLen);
        size = count;
        table = newTab;
    }

首先创建了一个新的table，容量为原来table大小的2倍。然后复制原来table的元素到新的table中，如果当前位置有元素，则找到下一个不为空的位置插入进去
再看一下getEntry方法

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
        int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
        Entry e = table[i];
        if (e != null && e.get() == key)
            return e;
        else
            return getEntryAfterMiss(key, i, e);
    }

通过hashcode&(len-1)找到数组的下标，如果该位置不为空并且entry的key和ThreadLocal一致，则取出对应位置的元素返回，否则找到下一个位置

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;

        while (e != null) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();
            if (k == key)
                return e;
            if (k == null)
                expungeStaleEntry(i);
            else
                i = nextIndex(i, len);
            e = tab[i];
        }
        return null;
    }

下面来看一下createMap方法

void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

就是把自己作为key放到map里了，在getMap方法里取到当前线程的ThreadLocalMap

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

ThreadLocal就分析到这里了。