Java 多线程：InheritableThreadLocal 实现原理

原文地址：https://github.com/pzxwhc/MineKnowContainer/issues/20
介绍 InheritableThreadLocal 之前，假设对 ThreadLocal 已经有了一定的理解，比如基本概念，原理，如果没有，可以参考：Java 多线程：threadlocal关键字。

这里再复习下 ThreadLocal 的原理，因为会对 InheritableThreadLocal 的理解 有重大的帮助：

每个线程都有 一个 ThreadLocalMap 类型的 threadLocals 属性。
ThreadLocalMap 类相当于一个Map，key 是 ThreadLocal 本身，value 就是我们的值。
当我们通过 threadLocal.set(new Integer(123)); ，我们就会在这个线程中的 threadLocals 属性中放入一个键值对，key 是 这个 threadLocal.set(new Integer(123)); 的 threadlocal，value 就是值。
当我们通过 threadlocal.get() 方法的时候，首先会根据这个线程得到这个线程的 threadLocals 属性，然后由于这个属性放的是键值对，我们就可以根据键 threadlocal 拿到值。 注意，这时候这个键 threadlocal 和 我们 set 方法的时候的那个键 threadlocal 是一样的，所以我们能够拿到相同的值。
Ps：如果这个原理没搞清楚，那么下文估计有比较难理解，所以建议完完全全搞懂这个原理。

InheritableThreadLocal 概念

从上面的介绍我们可以知道，我们其实是根据 Thread.currentThread()，拿到该线程的 threadlocals，从而进一步得到我们之前预先 set 好的值。那么如果我们新开一个线程，这个时候，由于 Thread.currentThread() 已经变了，从而导致获得的 threadlocals 不一样，我们之前并没有在这个新的线程的 threadlocals 中放入值，那么我就再通过 threadlocal.get()方法 是不可能拿到值的。例如如下代码：

public class Test {    public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>();    public static void main(String args[]){        threadLocal.set(new Integer(123));        Thread thread = new MyThread();        thread.start();        System.out.println("main = " + threadLocal.get());    }    static class MyThread extends Thread{        @Override        public void run(){            System.out.println("MyThread = " + threadLocal.get());        }    }}

输出是：

main = 123MyThread = null

那么这个时候怎么解决？ InheritableThreadLocal 就可以解决这个问题。 先看一个官方对它的介绍：

• This class extends ThreadLocal to provide inheritance of values
• from parent thread to child thread: when a child thread is created, the
• child receives initial values for all inheritable thread-local variables
• for which the parent has values. Normally the child’s values will be
• identical to the parent’s; however, the child’s value can be made an
• arbitrary function of the parent’s by overriding the childValue
• method in this class.

也就是说，我们把上面的

public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<Integer>();

改成

public static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new InheritableThreadLocal<Integer>();

再运行，就会有结果：

main = 123MyThread = 123

也就是子线程或者说新开的线程拿到了该值。 那么，这个究竟是怎么实现的呢，key 都变了，为什么还可以拿到呢？

InheritableThreadLocal 原理

我们可以首先可以浏览下 InheritableThreadLocal 类中有什么东西：

public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {    protected T childValue(T parentValue) {        return parentValue;    }    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {       return t.inheritableThreadLocals;    }    void createMap(Thread t, T firstValue) {        t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);    }}

其实就是重写了3个方法。

首先，当我们调用 get 方法的时候，由于子类没有重写，所以我们调用了父类的 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();}

这里会有一个Thread.currentThread() ， getMap(t) 方法，所以就会得到这个线程 threadlocals。 但是，由于子类 InheritableThreadLocal 重写了 getMap()方法，再看上述代码，我们可以看到：
其实不是得到 threadlocals，而是得到 inheritableThreadLocals。 inheritableThreadLocals 之前一直没提及过，其实它也是 Thread 类的一个 ThreadLocalMap 类型的 属性，如下 Thread 类的部分代码：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;

那么，这里看 InheritableThreadLocal 重写的方法，感觉 inheritableThreadLocals 和 threadLocals 几乎是一模一样的作用，只是换了个名字而且，那么究竟 为什么在新的 线程中 通过 threadlocal.get() 方法还能得到值呢？

这时候要注意 childValue 方法，我们可以看下它的官方说明：
* Computes the child’s initial value for this inheritable thread-local
* variable as a function of the parent’s value at the time the child
* thread is created. This method is called from within the parent
* thread before the child is started.

这个时候，你明白了，是不是在 创建线程的时候做了手脚，做了一些值的传递，或者这里利用上了 inheritableThreadLocals 之类的。

其实，是的：

关键在于 Thread thread = new MyThread();
关键在于 Thread thread = new MyThread();
关键在于 Thread thread = new MyThread();

这不是一个简简单单的 new 操作。当我们 new 一个 线程的时候：

public Thread() {    init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);}

然后：

private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,                      long stackSize) {    init(g, target, name, stackSize, null);}

然后：

private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,                      long stackSize, AccessControlContext acc) {     ......    if (parent.inheritableThreadLocals != null)        this.inheritableThreadLocals =            ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);        /* Stash the specified stack size in case the VM cares */        this.stackSize = stackSize;    ......    }

这时候有一句 ‘ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);’ ，然后

static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {    return new ThreadLocalMap(parentMap);}

继续跟踪：

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++;                }            }        }    }

当我们创建一个新的线程的时候X，X线程就会有 ThreadLocalMap 类型的 inheritableThreadLocals ，因为它是 Thread 类的一个属性。

然后

先得到当前线程存储的这些值，例如 Entry[] parentTable = parentMap.table; 。再通过一个 for 循环，不断的把当前线程的这些值复制到我们新创建的线程X 的inheritableThreadLocals 中。就这样，就ok了。

那么这样会有一个什么结果呢？

结果就是我们创建的新线程X 的inheritableThreadLocals 变量中已经有了值了。那么我在新的线程X中调用 threadlocal.get() 方法，首先会得到新线程X 的 inheritableThreadLocals，然后，再根据threadlocal.get()中的 threadlocal，就能够得到这个值。

这样就避免了 新线程中得到的 threadlocals 没有东西。之前就是因为没有东西，所以才拿不到值。

所以说 整个 InheritableThreadLocal 的实现原理就是这样的。

总结

1. 首先要理解 为什么 在 新线程中得不到值，是因为
   我们其实是根据 Thread.currentThread()，拿到该线程的
   threadlocals，从而进一步得到我们之前预先 set 好的值。那么如果我们新开一个线程，这个时候，由于
   Thread.currentThread() 已经变了，从而导致获得的 threadlocals 不一样，我们之前并没有在这个新的线程的
   threadlocals 中放入值，那么我就再通过 threadlocal.get()方法 是不可能拿到值的。

2. 那么解决办法就是 我们在新线程中，要把父线程的 threadlocals 的值 给复制到 新线程中的 threadlocals
   中来。这样，我们在新线程中得到的 threadlocals 才会有东西，再通过 threadlocal.get() 中的
   threadlocal，就会得到值。