ThreadLocal源码分析

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ThreadLocal源码剖析

ThreadLocal其实比较简单，因为类里就三个public方法：set(T value)、get()、remove()。先剖析源码清楚地知道ThreadLocal是干什么用的、再使用、最后总结，讲解ThreadLocal采取这样的思路。

三个理论基础

在剖析ThreadLocal源码前，先讲一下ThreadLocal的三个理论基础：

1、每个线程都有一个自己的ThreadLocal.ThreadLocalMap对象

2、每一个ThreadLocal对象都有一个循环计数器

3、ThreadLocal.get()取值，就是根据当前的线程，获取线程中自己的ThreadLocal.ThreadLocalMap，然后在这个Map中根据第二点中循环计数器取得一个特定value值

上边三点会在下边的代码中具体分析：

两个数学问题

1、ThreadLocal.ThreadLocalMap规定了table的大小必须是2的N次幂。

/** * The table, resized as necessary. * table.length MUST always be a power of two. */private Entry[] table;int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);

2、Hash增量设置为0x61c88647，也就是说ThreadLocal通过取模的方式取得table的某个位置的时候，会在原来的threadLocalHashCode的基础上加上0x61c88647

/** * The difference between successively generated hash codes - turns * implicit sequential thread-local IDs into near-optimally spread * multiplicative hash values for power-of-two-sized tables. */private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

set(T value)

一点点看set方法的源码:

public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); }ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained * by the ThreadLocal class. */ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

和前面讲的一样：

1、取得当前的线程

2、获取线程里面的ThreadLocal.ThreadLocalMap

3、看这个ThreadLocal.ThreadLocalMap是否存在，存在就设置一个值，不存在就给线程创建一个ThreadLocal.ThreadLocalMap

第三点有两个分支，先看简单的创建Map的分支：

void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) { table = new Entry[INITIAL_CAPACITY]; int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1); table[i] = new Entry(firstKey, firstValue); size = 1; setThreshold(INITIAL_CAPACITY); }private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();private static int nextHashCode() { return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT); }private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();

这个Map中并没有next节点，所以，不得不说ThreadLocalMap是一个有点误导性的名字，它虽然叫做Map，但其实存储的方式不是链表法而是开地址法。看到设置table中的位置的时候，都把一个static的nextHashCode累加一下，这意味着，set的同一个value，可能在每个ThreadLocal.ThreadLocalMap中的table中的位置都不一样，不过这没关系。

OK，看完了创建的分支，看一下设置的分支：

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(); }private static int nextIndex(int i, int len) { return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0); }

理一下逻辑，设置的时候做了几步：

1、先对ThreadLocal里面的threadLocalHashCode取模获取到一个table中的位置

2、这个位置上如果有数据，获取这个位置上的ThreadLocal

（1）判断一下位置上的ThreadLocal和我本身这个ThreadLocal是不是一个ThreadLocal，是的话数据就覆盖，返回

（2）不是同一个ThreadLocal，再判断一下位置上的ThreadLocal是不是空的，这个解释一下。Entry是ThreadLocal弱引用，"static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal>"，有可能这个ThreadLocal被垃圾回收了，这时候把新设置的value替换到当前位置上，返回

（3）上面都没有返回，给模加1，看看模加1后的table位置上是不是空的，是空的再加1，判断位置上是不是空的...一直到找到一个table上的位置不是空的为止，往这里面塞一个value。换句话说，当table的位置上有数据的时候，ThreadLocal采取的是办法是找最近的一个空的位置设置数据。

get()

如果理解清楚了set(T value)，get()方法就很好理解了：

public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) return (T)e.value; } return setInitialValue(); }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); }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; }

理一下步骤：
1、获取当前线程
2、尝试去当前线程中拿它的ThreadLocal.ThreadLocalMap
3、当前线程中判断是否有ThreadLocal.ThreadLocalMap
（1）有就尝试根据当前ThreadLocal的threadLocalHashCode取模去table中取值，有就返回，没有就给模加1继续找，这和设置的算法是一样的
（2）没有就调用set方法给当前线程ThreadLocal.ThreadLocalMap设置一个初始值

remove()
remove()方法就非常简单了：

public void remove() { ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); if (m != null) m.remove(this); }

取得当前线程的ThreadLocal.ThreadLocalMap，如果有ThreadLocal.ThreadLocalMap，找到对应的Entry，移除掉就好了。

总结

上面分析了这么多源码，是比较细节地来看ThreadLocal了。对这些内容做一个总结，ThreadLocal的原理简单说应该是这样的：

1. ThreadLocal不需要key，因为线程里面自己的ThreadLocal.ThreadLocalMap不是通过链表法实现的，而是通过开地址法实现的
2. 每次set的时候往线程里面的ThreadLocal.ThreadLocalMap中的table数组某一个位置塞一个值，这个位置由ThreadLocal中的threadLocaltHashCode取模得到，如果位置上有数据了，就往后找一个没有数据的位置
3. 每次get的时候也一样，根据ThreadLocal中的threadLocalHashCode取模，取得线程中的ThreadLocal.ThreadLocalMap中的table的一个位置，看一下有没有数据，没有就往下一个位置找
4. 既然ThreadLocal没有key，那么一个ThreadLocal只能塞一种特定数据。如果想要往线程里面的ThreadLocal.ThreadLocalMap里的table不同位置塞数据 ，比方说想塞三种String、一个Integer、两个Double、一个Date，请定义多个ThreadLocal，ThreadLocal支持泛型"public class ThreadLocal<T>"。 
5. 应用场景：当很多线程需要多次使用同一个对象，并且需要该对象具有相同初始化值的时候最适合使用ThreadLocal。
6. 其实说再多也不如看一下源码来得清晰。如果要看源码，其中涉及到一个WeakReference和一个Map，这两个地方需要了解下，这两个东西分别是a.Java的弱引用，也就是GC的时候会销毁该引用所包裹(引用)的对象，这个threadLocal作为key可能被销毁，但是只要我们定义成他的类不卸载，tl这个强引用就始终引用着这个ThreadLocal的，永远不会被gc掉。b.和HashMap差不多。
7. 事实上，从本质来讲，就是每个线程都维护了一个map，而这个map的key就是threadLocal，而值就是我们set的那个值，每次线程在get的时候，都从自己的变量中取值，既然从自己的变量中取值，那肯定就不存在线程安全问题，总体来讲，ThreadLocal这个变量的状态根本没有发生变化，他仅仅是充当一个key的角色，另外提供给每一个线程一个初始值。如果允许的话，我们自己就能实现一个这样的功能，只不过恰好JDK就已经帮我们做了这个事情。

8. ThreadLocal不是集合，它不存储任何内容，真正存储数据的集合在Thread中。ThreadLocal只是一个工具，一个往各个线程的ThreadLocal.ThreadLocalMap中table的某一位置set一个值的工具而已

9、同步与ThreadLocal是解决多线程中数据访问问题的两种思路，前者是数据共享的思路，后者是数据隔离的思路.

ThreadLocal除了适用于多线程保证每条线程都有自己的变量副本外，还适用于在线程上下文中共享某些变量值。

这两种说法是有区别的。前者强调的是，使用ThreadLocal对副本做保护，避免同步、加锁，降低效率；后者强调的是，某个变量线程上下文中，A处用到、B处用到、C处用到，先在入口处set一个值，后使用ThreadLocal的get方法直接在需要用到的地方拿这个值。

ThreadLocal的作用只是一个工具，一个往线程的ThreadLocal.ThreadLocalMap塞指定数据的一个工具而已。