Java线程本地存储ThreadLocal
前言
- ThreadLocal 是一种 无同步 的线程安全实现
- 体现了
Thread-Specific Storage模式：即使只有一个入口，内部也会为每个线程分配特有的存储空间，线程间 没有共享资源 - 本文将总结
ThreadLocal的用法与实现细节，希望能帮上忙
ThreadLocal 思维导图
线程安全 示意图
1. 用法
ThreadLocal 的用法很简单， ThreadLocal 提供了下列的public与protected方法，本文将引用 android.os.Looper.java 为例子讲解 ThreadLocal 的用法：
ThradlLocal UML类图
// /frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java
public class Looper {
// ...
// sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
// 设置线程局部变量的值
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
public static Looper myLooper() {
// 获取线程局部变量的值
return sThreadLocal.get();
}
public static void prepare() {
prepare(true);
}
// ...
}
ThreadLocal为 static final变量 ，泛型参数为Looper，表示接受Looper类型的值Looper#prepare()中调用ThreadLocal#set()设置 变量的值，不同线程设置的值互不干扰，不会相互覆盖Looper#myLooper()中调用ThreadLocal#get()获取 变量的值，不同线程获取的值互不干扰
Timethreads图 - 01
-
子类 重写
ThreadLocal#initialValue()，可以设置变量的初始值，我们查看相关源码：public ConcurrentHashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR, DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL); } public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) { if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0) throw new IllegalArgumentException(); if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS) concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS; // Find power-of-two sizes best matching arguments int sshift = 0; int ssize = 1; while (ssize < concurrencyLevel) { ++sshift; ssize <<= 1; } this.segmentShift = 32 - sshift;//用于高位，判断落在哪个Segment this.segmentMask = ssize - 1;//用于取模。之前在hashmap的indexFor方法有提过。2的n次方-1 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; int c = initialCapacity / ssize; if (c * ssize < initialCapacity) ++c; int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY; while (cap < c) cap <<= 1; // create segments and segments[0] Segment<K,V> s0 = new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor), (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);//初始化第一个位置的Segment Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];//初始化Segments UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0] this.segments = ss; }- 在
ThreadLocal#get()中尝试获取变量的值，如果为空则会调用ThreadLocal#setInitialValue()设置设置初始值 - 懒初始化 ：直到第一次调用
get()才会设置初值 - 默认 ：设置初始值为 null
- 在
-
ThreadLocal#remove()用于 移除 变量之前存储的值。如果在当前线程下次调用ThreadLocal#get()时，还没有set()新的值，依旧会使用ThreadLocal#setInitialValue()设置初始值。
到这里我们就可以总结 ThreadLocal 的生命周期，如下图所示：
ThreadLocal生命周期 示意图
2. 编程规约
记得吗？《阿里巴巴Java开发手册》中提到过关于 ThreadLocal 的编程规约，如下所示：
-
5.【强制】
SimpleDateFormate是线程不安全的类，一般不要定义为 static 变量，如果定义为static，必须加锁，或者使用DateUtils工具类正例：
private static final ThreadLocal<DataFormat> df = new ThreadLocal<DateFormat>(){ @Override protected DateFormat initialValue(){ return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); } };说明：如果是JDK8的应用，可以使用
Instant代替Date，LocalDateTime代替Calendar，DateTimeFormatter代替SimpleDateFormat，官方给出的解释：simple beautiful strong immutable thread-safe. -
15.【参考】（原文过于啰嗦，以下为笔者转述）
ThreadLocal变量建议使用 static 修饰，可以保证变量在类初始化时创建，所有类实例可以共享同一个静态变量。注意到了吗？在文章开头的Looper.java源码中，
ThreadLocal变量就是使用static修饰的
看到这里，相信你已经掌握了 ThreadLocal 的用法，下一篇文章将深入 ThreadLocal 的内部，探讨数据结构的实现细节。
Segment
ConcurrentHashMap是由多个Segment组成的，Segment继承了ReentrantLock，每次加锁都是对某个Segment，不会影响其他Segment，达到了锁分离（也叫分段锁）的作用。
每个Segment又包含了HashEntry数组，HashEntry是一个链表。如下图所示：
concurrencyLevel：并发数，默认16，直接影响segmentShift和segmentMask的值，以及Segment的初始化数量。Segment初始化的数量，为最接近且大于的办等于2的N次方的值，比如concurrencyLevel=16，Segment数量为16，concurrencyLevel=17，Segment数量为32。segmentShift的值是这样的，比如Segment是32，相对于2的5次方，那么他的值就是32-5，为27，后面无符号右移27位，也就是取高5位的时候，就是0到31的值，此时Segment的下标也是0到31，取模后对应着每个Segment。segmentMask就是2的n次方-1，这边n是5，用于取模。之前在hashmap的indexFor方法有提过。
