深入浅出ThreadLocal

来源：互联网发布：git 源码安装编辑：程序博客网时间：2024/05/23 12:43

前言

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，不同线程之间不会相互干扰。本文会基于实际场景介绍ThreadLocal如何使用以及内部实现机制。

应用场景

最近的一个web项目中，由于Parameter对象的数据需要在多个模块中使用，如果采用参数传递的方式，显然会增加模块之间的耦合性。先看看用ThreadLocal是如何实现模块间共享数据的。

package org.zhan;/** * Created by littlewolf on 9/12/2016. */public class Parameter {    private static ThreadLocal<Parameter> _parameter = new ThreadLocal<>();    public static void init() {        _parameter.set(new Parameter());    }    public static Parameter get() {        return _parameter.get();    }    /** ... 省略变量声明 ... **/}

1. 在模块A中通过Parameter.init()初始化。

2. 在模块B或模块C中通过Parameter.get()方法可以获得同一线程中模块A已经初始化的Parameter对象。

那么，在什么场景下比较适合使用ThreadLocal？StackOverflow上有人给出了还不错的答案。

When and how should I use a ThreadLocal variable?

One possible (and common) use is when you have some object that is not thread-safe, but you want to avoid synchronizing access to that object (I'm looking at you, SimpleDateFormat). Instead, give each thread its own instance of the object.

实现原理

从线程Thread的角度来看，每个线程内部都会持有一个对ThreadLocalMap实例的引用，ThreadLocalMap实例相当于线程的局部变量空间，存储着线程各自的数据，具体如下：

ThreadLocal

Entry

Entry继承自WeakReference类，是存储线程私有变量的数据结构。ThreadLocal实例作为引用，意味着如果ThreadLocal实例为null，就可以从table中删除对应的Entry。

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

ThreadLocalMap

内部使用table数组存储Entry，默认大小INITIAL_CAPACITY(16)，先介绍几个参数：

size：table中元素的数量。
threshold：table大小的2/3，当size >= threshold，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。

ThreadLocal.set()实现

    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;    }

从上面代码中看出来：

1. 从当前线程Thread中获取ThreadLocalMap实例。

2.ThreadLocal实例和value封装成Entry。

接下去看看Entry存入table数组如何实现的：

    private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {        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. 通过ThreadLocal的nextHashCode()方法生成hash值。

    private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();    private static int nextHashCode() {        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);    }

从nextHashCode方法可以看出，ThreadLocal每实例化一次，其hash值就原子增加HASH_INCREMENT。

2. 通过hash & (len - 1)定位到table的位置i，假设table中i位置的元素为f。

3. 如果f != null，假设f中的引用为k：

如果k和当前ThreadLocal实例一致，则修改value值，返回。
如果k为null，说明这个f已经是stale（陈旧的）元素。调用replaceStaleEntry方法删除table中所有陈旧的元素（即entry的引用为null）并插入新元素，返回。
否则通过nextIndex方法找到下一个元素f，继续进行步骤3.

4. 如果f == null，则把Entry加入到table的位置中。

5. 通过cleanSomeSlots删除陈旧的元素，如果table中没有元素删除，需判断当前情况下是否要进行扩容。

table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，过程很简单：

    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;    }

1. 新建新的数组newTab，大小为原来的2倍。

2. 复制table的元素到newTab，忽略陈旧的元素，假设table中的元素e需要复制到newTab的i位置，如果i位置存在元素，则找下一个位置进行插入。

ThreadLocal.get()实现

    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();    }        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);    }

获取当前线程的threadLocals。

1. 如果threadLocals不为null，则通过ThreadLocalMap.getEntry方法找到对应的entry，如果其引用和当前key一致，则直接返回，否则在table剩下的元素中继续匹配。

2. 如果threadLocals为null，则通过setInitialValue()方法初始化，并返回。

    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;    }

总结

希望通过本文的介绍，大家可以对ThreadLocal有一个更加直观清晰的认识，而不是只见叶子，不见森林。

原文章链接

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