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读懂ThreadLocal

读懂ThreadLocal

作者: 周小WA | 来源:发表于2018-05-05 01:01 被阅读0次

    ThreadLocal该类可以实现线程本地变量,即每个线程访问的变量是属于不同的副本的。先来段测试代码,然后根据源码解读其实现原理。

    package com.walterlife.javacore;
    
    import java.util.concurrent.Executor;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class ThreadLocalTest {
        public static class Task implements Runnable {
            private ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
    
            @Override
            public void run() {
                threadLocal.set((int)(Math.random() * 100D));
                try {
                    Thread.sleep(1000); // sleep为了可以使每个线程变量赋值语句执行完毕
                } catch (InterruptedException e) {
    
                }
                System.out.println(threadLocal.get());
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
            Task task = new Task();
            executorService.execute(task);
            executorService.execute(task);
            executorService.shutdown();
        }
    }
    

    上述代码中在多线程中使用threadLocal静态变量,来表示线程本地变量,运行结果为:2个线程结果不一致

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    现在开始解读其原理,先从ThreadLocal.set 方法说起,代码如下

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

    第一次set肯定先调用createMap 创建Thread的ThreadLocalMap对象,

    // t 是Thread线程对象,所以ThreadLocalMap是属于Thread的,存储值k:v -> ThreadLocal:value,map中可以存储多个ThreadLocal值
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    

    其中ThreadLocalMap就是最核心的机制,该类型可以看作是自己内部实现的HashMap
    其中存储key/value的类实现如下,

     static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
                /** 该值就是与ThreadLocal关联的线程需要读写的值 */
                Object value;
    
                Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                    super(k);
                    value = v;
                }
     }
    

    然后ThreadLocalMap使用Entry[] table 来存储多个ThreadLocal,来实现多个私有变量的读写。
    然后我们继续之前set方法的调用 map.set(this, value),这里最终调用的就是ThreadLocalMap的set方法

    private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
                Entry[] tab = table;
                int len = tab.length;
                // 计算hashcode值,即table索引值
                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)
                    // 对table进行扩容操作
                    rehash();
    }       
    

    至此 ThreadLocal的set机制已经了解的差不多了其根本思想就是使用HashTable存储机制存储多个ThreadLocal->value键值对。
    那么get方法就比较好理解啦,顾名思义就是先取到当前线程的ThreadLocalMap,然后用ThreadLocal当作key值去index找到value值。代码也很简单

    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);
    }
    

    另外Entry继承的引用的弱引用(WeakReference),这么做可以在JVM垃圾回收时内存不足的时候即使回收ThreadLocal变量内存,从而不容易出现内存溢出异常。

    好了,以上就是我对ThreadLocal类的个人理解。如有不足,欢迎留言补充。

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