带你揭秘神秘的ThreadLocal

分手后的思念是犯贱 2022-03-15 09:30 312阅读 0赞

## 前言 ##

说起**ThreadLocal**大家应该有种很熟悉的感觉，但是又好像不知道是干啥用的，第一次接触它还是在Looper的源码中，每次获取Looper对象是，通过ThreadLocal的get方法获取到当前线程的Looper对象，有兴趣的可以看看之前的文章[Android源码学习之handler][Android_handler]，为什么要通过ThreadLocal来获取Looper对象呢，亦或者说这样做有什么好处?今天就带大家一起深入了解这个神秘的ThreadLocal。

## 源码 ##

话不多说，直接开撸：

/** * This class provides thread-local variables. These variables differ from * their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its * { @code get} or { @code set} method) has its own, independently initialized * copy of the variable. { @code ThreadLocal} instances are typically private * static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g., * a user ID or Transaction ID). */
    public class ThreadLocal<T> {
        private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
        private static AtomicInteger nextHashCode =
            new AtomicInteger();
        private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
        private static int nextHashCode() {
            return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
        }
    
        public ThreadLocal() {
        }
    
        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();
        }
        public void set(T value) {
            Thread t = Thread.currentThread();
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
        }
    }
    复制代码

从类上面的注释可以看到，大概翻译下也就是：**该类提供线程局部变量，这些变量与正常的变量不同，而是每个访问一个的线程都有自己独立初始化的变量副本，ThreadLocal实例通常是类中的私有静态字段，希望将状态与线程关联**

不要羡慕鄙人的英语，因为。。我是google翻译的...（咳咳）

这里只是摘了一段代码，从上面暴露的方法可以看到，提供了set，get方法，很明显就能看出来，set方法时，key是this，也就是当前的ThreadLocal对象，value就是传递进来的值，而最终是存储到哪呢，**一个叫ThreadLocalMap的对象，追踪一下，发现它其实是ThreadLocal的静态内部类：**

static class ThreadLocalMap {
            static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
                /** The value associated with this ThreadLocal. */
                Object value;
    
                Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                    super(k);
                    value = v;
                }
            }
            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();
            }
    	}
    }
    
    复制代码

### Set方法 ###

可以看到内部再维护了一个静态Entry类继承弱引用，所以上面所说的key，ThreadLocal对象其实是咦弱引用的形式存储的，这样也有益于GC回收，防止内存泄漏，我们先来看set方法：

*  通过key的哈希码和数组长度，计算出存储元素的下标，这点应该很类似于HashMap中的找数组下标的方式。
 *  找到下标之后，一个循环，从i开始往后一直遍历到数组最后一个Entry，如果key相等，覆盖value，如果key为null,用新key、value覆盖，同时清理历史key=null的陈旧数据
 *  如果找到下标为空的元素，跳出循环，将key和value，设置进去，填满该下标元素位置，同时size++，如果超过阈值，重新hash

private void rehash() {
               //清理一次旧的数据
                expungeStaleEntries();
               //如果当前size大于3/4的阈值，就进行扩容
                if (size >= threshold - threshold / 4)
                    resize();
            }
            private void resize() {
                Entry[] oldTab = table;
                int oldLen = oldTab.length;
                //将长度扩容到之前的2倍
                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();
                        //取出ThreadLocal对象
                        if (k == null) {
                            e.value = null; // Help the GC
                        } else {
                            //如果不为空，类似上面的循环，一直找到一个没有使用的位置，在 空节点上塞入Entry
                            int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                            while (newTab[h] != null)
                                h = nextIndex(h, newLen);
                            newTab[h] = e;
                            count++;
                        }
                    }
                }
                setThreshold(newLen);
                size = count;
                table = newTab;
            }
    
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大部分注释，其实都是根据里面的英文注释翻译过来的，所以想了解的可以静下心来好好的翻一翻源码，相信我，你会有意外的收获。

### Get方法 ###

public T get() {
            Thread t = Thread.currentThread();
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
           	//通过当前线程，获取ThreadLocalMap，如果不为空，返回value，否则走初始化流程
            if (map != null) {
                ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
                if (e != null) {
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    T result = (T)e.value;
                    return result;
                }
            }
            return setInitialValue();
        }
        private T setInitialValue() {
            T value = initialValue();
            Thread t = Thread.currentThread();
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
            return value;
        }
    	void createMap(Thread t, T firstValue) {
            t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
        }
    	ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            	//初始化，设置阈值位int值16
                table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            	//计算数组下标
                int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
                table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
                size = 1;
                setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
            }
     	//阈值设置为容量的*2/3，即负载因子为2/3，超过就进行再哈希
         private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
          }
    复制代码

*  从当前线程中获取ThreadLocalMap，查询当前ThreadLocal变量实例对应的Entry，如果不为null,获取value,否则进入初始化
 *  初始化，设置数组初始长度，阈值等等参数

## 总结 ##

*  ThreadLocal内部维护ThreadLocalMap，功能大致类似于HashMap，内部静态Entry类，key是ThreadLocal对象本身，value是传递来的对象，真正实现结构是数组，不断的扩容插入数据。
 *  **ThreadLocal解决线程局部变量统一定义问题**，并不是用来用来解决线程安全问题的，因为本身就是多线程不共享的，是不存在同步竞争的关系的，**保证线程本地变量且只能单个线程内维护使用**
 *  本文只给出了大概代码，主要看ThreadLocalMap类代码，内部如何实现了一套定制的线性探测hash表以及高效的垃圾清理机制
 *  对于Hash冲突，也就是当经历过hash计算出下标，发现位置上是有人的，ThreadLocalMap和HashMap的处理方式有所不同：
    
     *  **ThreadLocalMap**：比较直接简单，如果发生冲突，将下标i加1，不断的进行遍历整个数组，找到空的位置放置数据，同时计算当前size是否超过阈值，如果超过，就扩容，每次扩容成之前的2倍。
     *  **HashMap**：JDK1.8之前内部是数组+链表实现的，1.8是数组+红黑树，这里说链表的实现方式，JDK1.8源码还没有详细读过，链表的话，遍历链表，看是否有key相同的节点，有则更新value值，没有则新建节点，此时若链表数量大于阀值8，就进行扩容，由于hash的平均性，这样的效率明显会比ThreadLocalMap高不少，后续抽时间对HashMap分析一波。