ThreadLocal（十一）
一、ThreadLocal源码剖析
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
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;
因为从计算机的角度讲，对位操作的效率比数学运算要高
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
比方说当前table长度是16，那么16-1=15，也就是二进制的1111。现在有一个数字是23，也就是二进制的00010111。23%16=7，看下&运算：
00010111
&
00001111=
00000111
00000111也就是7，和取模运算结果一样，效率反而高。
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;
虽然不知道这是为什么，但是从对table.length取模的角度来看，试了一下length为16和32的情况：
7 14 5 12 3 10 1 8 15 6 13 4 11 2 9 0
7 14 21 28 3 10 17 24 31 6 13 20 27 2 9 16 23 30 5 12 19 26 1 8 15 22 29 4 11 18 25 0
这样一来避免了Hash冲突，二来相邻的两个数字都比较分散。而且在2的N次幂过后，又从第一个数字开始循环了，这意味，threadLocalHashCode可以从任何地方开始
有了这些理论基础，下面可以看一下ThreadLocal几个方法的实现原理。
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：
- 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
- 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
- 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
- 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>"。
二、ThreadLocal的作用
ThreadLocal的作用
从上一篇对于ThreadLocal的分析来看，可以得出结论：ThreadLocal不是用来解决共享对象的多线程访问问题的，通过ThreadLocal的set()方法设置到线程的ThreadLocal.ThreadLocalMap里的是是线程自己要存储的对象，其他线程不需要去访问，也是访问不到的。各个线程中的ThreadLocal.ThreadLocalMap以及ThreadLocal.ThreadLocal中的值都是不同的对象。
至于为什么要使用ThreadLocal，不妨这么考虑这个问题。Java Web中，写一个Servlet：
public class Servlet extends HttpServlet
{
protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException
{
this.doGet(request, response);
}
protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException
{
}
}
我在一个普通JavaBean内想拿到这个HttpServletRequest，但是无法通过参数传递的方式：
public class OperateRequest
{
public String operateRequest()
{
return null;
}
}
这时候怎么办？第一个解决方案，Servlet类中定义一个全局的HttpServletRequest，至于怎么定义就随便了，可以定义成静态的，也可以定义成非静态的但是对外提供setter/getter，然后operateRequest()方法每次都取这个全局的HttpServletRequest就可以了。
不否认，这是一种可行的解决方案，但是这种解决方案有一个很大的缺点：竞争。既然HttpServletRequest是全局的，那势必要引入同步机制来保证线程安全性，引入同步机制意味着牺牲响应给用户的时间----这在注重与用户之间响应的Java Web中是难以容忍的。
所以，我们引入ThreadLocal，既然ThreadLocal.ThreadLocalMap是线程独有的，别的线程访问不了也没必要访问，那我们通过ThreadLocal把HttpServletRequest设置到线程的ThreadLocal.ThreadLocalMap里面去不就好了？这样，在一次请求中哪里需要用到HttpServletRequest，就使用ThreadLocal的get()方法就把这个HttpServletRequest给取出来了，是不是一个很好的解决方案呢？
ThreadLocal使用
忘记上面那个复杂的问题，我们来看一下ThreadLocal的简单使用，首先ThreadLocal肯定是全局共享的：
public class Tools
{
public static ThreadLocal<String> t1 = new ThreadLocal<String>();
}
写一个线程往ThreadLocal里面塞值：
public class ThreadLocalThread extends Thread
{
private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
public ThreadLocalThread(String name)
{
super(name);
}
public void run()
{
try
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Tools.t1.set(ai.addAndGet(1) + "");
System.out.println(this.getName() + " get value--->" + Tools.t1.get());
Thread.sleep(200);
}
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
写个main函数，启动三个ThreadLocalThread：
public static void main(String[] args) throws Exception
{
ThreadLocalThread a = new ThreadLocalThread("ThreadA");
ThreadLocalThread b = new ThreadLocalThread("ThreadB");
ThreadLocalThread c = new ThreadLocalThread("ThreadC");
a.start();
b.start();
c.start();
}
看一下运行结果：
ThreadA get value--->1 ThreadC get value--->2 ThreadB get value--->3 ThreadB get value--->4 ThreadC get value--->6 ThreadA get value--->5 ThreadC get value--->8 ThreadA get value--->7 ThreadB get value--->9
看到每个线程的里都有自己的String，并且互不影响----因为绝对不可能出现数字重复的情况。用一个ThreadLocal也可以多次set一个数据，set仅仅表示的是线程的ThreadLocal.ThreadLocalMap中table的某一位置的value被覆盖成你最新设置的那个数据而已，对于同一个ThreadLocal对象而言，set后，table中绝不会多出一个数据。
ThreadLocal再总结
上一篇文章的最后有对ThreadLocal的工作原理进行总结，这里对ThreadLocal再次进行一个总结：
1、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
2、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
3、同步是一种以时间换空间的思想，ThreadLocal是一种空间换时间的思想
4、ThreadLocal既然是与线程相关的，那么对于Java Web来讲，ThreadLocal设置的值只在一次请求中有效，是不是和request很像？因为request里面的内容也只在一次请求有效，对比一下二者的区别：
（1）ThreadLocal只能存一个值，一个Request由于是Map形式的，可以用key-value形式存多个值
（2）ThreadLocal一般用在框架，Request一般用在表示层、Action、Servlet
参看链接：
- https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4854813.html
- https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4854820.html
- https://blog.csdn.net/u010445301/article/details/111322569
在所有的矛盾中，要优先解决主要矛盾，其他矛盾也就迎刃而解。
不要做个笨蛋，为失去的郁郁寡欢，聪明的人，已经找到了解决问题的办法，或正在寻找。
浙公网安备 33010602011771号