浅析ThreadLocal

　　这是我的第一篇博客，条理不是很清晰，不过还是希望能对大家有所帮助。

　　首先明确一下这个类的作用，ThreadLocal类是用来为每个线程提供了一份变量的副本，即每个线程的局部变量。每个线程都在自己的栈空间里存有这个变量的值（对象的话就是引用），它们之间是线程隔离的，一个线程对这个ThreadLocal变量做的修改不会被其他线程看见。

下面先看一个例子。

import java.util.Random;

public class ThreadLocalTest {
    private static final ThreadLocal<Integer> threadId = new ThreadLocal<Integer>(){
        protected Integer initialValue() {
            return 6;
        }
    };
    
    public static int get(){
        return threadId.get();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MThread("线程A")).start();
        new Thread(new MThread("线程B")).start();
        new Thread(new MThread("线程C")).start();        
    }
    
    static class MThread implements Runnable{
        private String name;
        public MThread(String str){
            name = str;
        }
        public void run() {
            int id = get();
            System.out.println("thread "+ name +"'s Id : "+ id);
            threadId.set(10 * new Random().nextInt(10));
            for(int i = 0; i<3; i++){
                id = get();
                System.out.println("**thread "+ name +"'s Id : "+ id);
            }
        }
    }
}

结果：

thread 线程B's Id : 6
**thread 线程B's Id : 60
**thread 线程B's Id : 60
**thread 线程B's Id : 60
thread 线程A's Id : 6
**thread 线程A's Id : 50
**thread 线程A's Id : 50
**thread 线程A's Id : 50
thread 线程C's Id : 6
**thread 线程C's Id : 90
**thread 线程C's Id : 90
**thread 线程C's Id : 90

　　从上面的结果中我们可以看出每个线程一开始调用get()得到的值都是6，而从输出顺序可知，线程A第一次调用get()时线程B已经在28行set()过threadId，但是A得到的还是6，说明B线程的改动对A是不可见的。

　　然后我们看看源码中的注释：

大意是说每个线程都有一份自己的，独立于别人初始化的变量副本。下面就用源码中的example来看看是不是独立初始化的。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class ThreadLocalId {
    private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
    private static final ThreadLocal<Integer> threadId = new ThreadLocal<Integer>(){
        protected Integer initialValue() {
            return nextId.getAndIncrement();
        }
    };
    
    public static int get(){
        return threadId.get();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MThread("线程A")).start();
        new Thread(new MThread("线程B")).start();
        new Thread(new MThread("线程C")).start();        
    }
    
    static class MThread implements Runnable{
        private String name;
        public MThread(String str){
            name = str;
        }
        public void run() {
            int id ;
            for(int i = 0; i<3; i++){
                id = get();
                System.out.println("thread "+ name +"'s Id : "+ id);
            }
        }
    }
}

结果：

thread 线程A's Id : 1
thread 线程A's Id : 1
thread 线程C's Id : 2
thread 线程C's Id : 2
thread 线程B's Id : 0
thread 线程B's Id : 0
thread 线程B's Id : 0
thread 线程A's Id : 1
thread 线程C's Id : 2

 从结果中可以看出每个线程的值都是不同的，这就是因为它们是独立初始化的。因为它们第一次调用get()时如果之前没有set()过值或remove()过，则会调用initialValue()方法来初始化值，而这个方法在第6行中进行了覆盖，每次都是返回nextId的值，而nextId每次取完值都会自增，所以每个线程得到的值都会不同。上面的循环3次是为了说明源码注释中的这句：remains unchanged on subsequent calls，后续调用会返回不变的值（当然前提是期间没有通过set()改变过值。。）。

这从get()的源码中可以看出：

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();
}

 

首先会得到当前调用get()方法的线程对象，然后通过getMap()方法获取到与这个线程绑定的ThreadLocalMap对象，下面是getMap()的实现

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

 很简单，就是获取Thread类的成员变量 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 在Thread类中默认为null，接上面的，当Map为空时，就调用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;
    }

而在setInitialValue()中，调用了覆盖后的initialValue()取得一个值给value，刚刚是因为Map为null而调的这个方法，所以就会执行 createMap(t, value);而这个方法就是new一个ThreadLocalMap对象赋值给参数t线程，构造参数第一个this是Threadlocal对象，用来在Entry中对应着一个value。

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);
        }

 

可以看到ThreadLocalMap中持有一个Entry的数组，而每一个Entry里就有一个ThreadLocal对应着一个value值，再结合get()的源码就可以知道大体思路就是：threadLocal变量的值的获取是首先找到当前线程对象，然后在取得这个线程对象的成员变量threadLocalMap，然后再通过threadLocalMap中的Entry[]取得这个当前ThreadLocal对应的Entry对象，然后Entry.value就得到了最终的值。至于怎么找到当前Thread对应的Entry对象就是下面的代码：

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 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);
        }

在第4行放入的时候就是通过ThreadLocal的成员threadLocalHashCode按位与上Entry数组初始化容量-1获得的下标，所以getEntry()时，第10行先得出下标i，再table[i]就能获取得到Entry了。

最后用自己的话说就是：每个线程都有一个ThreaLocalMap变量，这个Map里面有一个Entry数组，里面保存了很多个ThreadLocal和Value的映射，当你调用get()时，发现线程没有ThreadLocalMap就创建一个ThreadLocalMap，发现Entry数组里没有找到这ThreadLocal对应的Entry就创建一个Entry，在把值（这个值的获取就是在那个initialValue里面）放进去就好了，最后返回这个值。由此可知每个线程都是有用一块空间来保存这个变量的，所以是线程隔离的，互不干扰的。

至于set()方法其实是类似的，看源码就能知道了。

remove()方法提供主动删除不再使用的threadLocal对应的Entry，这样能避免出现内存泄漏。

在getEntry()中也有调用getEntryAfterMiss()来保障能清理掉stale(陈旧)的Entry，能在很大程度上解决内存泄漏问题。

这里说只要线程还存活，都有持有一个隐式的引用到threadLocal变量，这个引用链为：thread->threadLocalMap->Entry->threadLocal，当线程结束后，其所有的线程局部实例的副本都会被GC回收（除非还存在其他的引用到这些副本）。

　　非常感谢你能看到最后，如果有什么意见或建议，欢迎大家指出，我会积极改进的。