ThreadLocal的整體的結(jié)構(gòu)

ThreadLocal的整體的結(jié)構(gòu)

可以通過(guò)上圖看到，ThreadLocal內(nèi)部是基于一個(gè)ThreadLocalMap來(lái)實(shí)現(xiàn)，而ThreadLocalMap內(nèi)部又是一個(gè)Entry的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這個(gè)Entry的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最終是基于弱引用來(lái)使用。我們看源碼的定義。

    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

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

內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的通信

從圖一，我們知道了ThreadLocal的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)部組件。下面，我們來(lái)看看他的這些內(nèi)部組件是怎么進(jìn)行一個(gè)溝通訪問(wèn)的。
我們通過(guò)看源碼中的get()操作看看大致是一個(gè)怎么的過(guò)程。

    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();
    }

我們想一下，Thread都說(shuō)是線程之間相互隔離的，那么相互隔離的話，這個(gè)內(nèi)部維護(hù)的數(shù)據(jù)就應(yīng)該是每個(gè)線程他自己所持有的。我們可以看到getMap(t);的實(shí)現(xiàn)證明了我們這個(gè)想法:

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

而Thread的內(nèi)部也剛好維護(hù)了ThreadLocalMap。

 /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

所以，我們可以理解成一個(gè)Thread就有個(gè)自己的ThreadMap.而自己維護(hù)自己的數(shù)據(jù)相互獨(dú)立。但是，這里要注意一點(diǎn)，如果在線程中，在創(chuàng)建一個(gè)線程，這個(gè)時(shí)候，就不能通過(guò)ThreadLocal進(jìn)行g(shù)et數(shù)據(jù)了，這個(gè)時(shí)候已經(jīng)做了線程之間的切換了，如果想要獲子線程能夠訪問(wèn)到父線程的數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候就要使用InheritableThreadLocal這個(gè)繼承的ThreadLocal來(lái)操作了。
OK，我們通過(guò)ThreadLocal的get操作大致明白了他的一個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)之間是怎么一個(gè)聯(lián)系。那么我們?cè)賮?lái)看看ThreadLocal的set操作又是怎么做的。線上源碼:

         public void set(T value) {
            Thread t = Thread.currentThread();
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
        }
    
        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();
        }

set方法的前兩步?jīng)]問(wèn)題，通過(guò)當(dāng)前Thread獲得自己的ThreadLocalMap。如果ThreadLocalMap為空就進(jìn)行一個(gè)創(chuàng)建，非空就是一個(gè)填值。而create的時(shí)候就是簡(jiǎn)單的new ThreadLocalMap(), 并且這個(gè)時(shí)候是綁定當(dāng)前線程的value為一個(gè)null，然后賦值給當(dāng)前ThreadLocal。

      /**
         * The initial capacity -- MUST be a power of two.
         */
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        /**
         * The table, resized as necessary.
         * table.length MUST always be a power of two.
         */
        private Entry[] table;

        /**
         * The number of entries in the table.
         */
        private int size = 0;

        /**
         * The next size value at which to resize.
         */
        private int threshold; // Default to 0

        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);
        }

ThreadLocalMap并不像我們平常使用的HashMap那樣維護(hù)一個(gè)鏈表，而是單純的一個(gè)數(shù)組。而他的hashCode是從0x61c88647開(kāi)始，沒(méi)使用一次，進(jìn)行一個(gè)加1. 將我們的key 和value維護(hù)到了Entry中，然后在放入我們的Entry數(shù)組中。并記錄ThreadLocalMap的擴(kuò)容閾值。由于他是使用了一個(gè)AtomicInteger的getAndAdd方法來(lái)獲取hashCode，所以，我們想的hash沖突就迎刃而解了。

那么我們重點(diǎn)來(lái)關(guān)注他下面的set方法。
這個(gè)過(guò)程中。通過(guò)hash值算出在ThreadLocalMap中的table中的具體下標(biāo)索引。
這里的大致過(guò)程就是通過(guò)key去尋找對(duì)應(yīng)的Entry是否存在。這里為什么要這么做？因?yàn)镋ntry使用的是一個(gè)弱引用，弱引用在獲取值的時(shí)候，可能已經(jīng)被上一次GC所回收了值，這個(gè)時(shí)候，我們就要進(jìn)行一個(gè)重新賦值。
而這個(gè)地方最有意思的就是在最下面的擴(kuò)容了，因?yàn)榍懊娴馁x值只是一些常規(guī)的操作“有，覆蓋；無(wú)，創(chuàng)建”，并且使用的是一個(gè)弱引用而已，可擴(kuò)容的地方就要再看一看了。

int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
    rehash();

cleanSomeSlots這個(gè)地方就是我們前面說(shuō)的，由于是弱引用，所以這個(gè)地方，他在進(jìn)行一個(gè)填充值的時(shí)候，進(jìn)行了一個(gè)額外的刪除已經(jīng)被GC的Key對(duì)應(yīng)的Value(至于為什么要說(shuō)是已經(jīng)被GC的Key對(duì)應(yīng)的Value我們下面再說(shuō)。)，這個(gè)動(dòng)作相當(dāng)于是一個(gè)懶式的操作。

下面我們跟進(jìn)rehash():

        private void rehash() {
            expungeStaleEntries();

            // Use lower threshold for doubling to avoid hysteresis
            if (size >= threshold - threshold / 4)
                resize();
        }

expungeStaleEntries這個(gè)其實(shí)就是cleanSomeSlots的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，用法不解釋了。而當(dāng)容量大于閾值的3/4的時(shí)候，就需要resize了。

        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;
        }

從這里可以看到，他的擴(kuò)容是兩倍兩倍的進(jìn)行擴(kuò)容，然后將老的數(shù)據(jù)從老的table中拿出，然后重新hash得到一個(gè)新的index，然后填充到新的table中。這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的兩個(gè)數(shù)組的拷貝，然后重新設(shè)置了一下閾值。好吧，原來(lái)就是這么簡(jiǎn)單。。。。

再談內(nèi)存泄漏的問(wèn)題

從第一張圖中，我們知道了ThreadLocalMap中的內(nèi)部是一個(gè)Entry的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而Entry的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)又是一個(gè)弱引用WeakReference<ThreadLocal<?>>.這里要注意了, 弱引用里面的泛型是ThreadLocal,而這個(gè)從之前的代碼里面可以發(fā)現(xiàn)，傳遞到這里的ThreadLocal就是this，再結(jié)合一下弱引用的特性想一下，如果ThreadLocal這個(gè)對(duì)象被回收了，但是我當(dāng)前的線程還是在繼續(xù)運(yùn)行，注意哦，我們的ThreadLocalMap是在線程Thread里面的哦，所以ThreadLocal在弱引用的時(shí)候被GC，我們的線程還在繼續(xù)運(yùn)行，ThreadLocalMap也是還會(huì)繼續(xù)存活的，但是，這個(gè)時(shí)候，TheadLocalMap的key已經(jīng)不存在了, 但是，我們的value可不是WeakReference弱引用，并沒(méi)有被GC。這樣，這個(gè)value只要線程還在繼續(xù)運(yùn)行，就永遠(yuǎn)不會(huì)被GC掉。

        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

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

所以，這就出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏的現(xiàn)象。避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象的方法一般都是在ThreadLocal使用完了之后，進(jìn)行一個(gè)TreadLocal.remove()方法操作。

總結(jié)

ThreadLocal在面試的過(guò)程中也經(jīng)常被問(wèn)到，這里主要要關(guān)注的就是他的內(nèi)部是一個(gè)怎樣的結(jié)構(gòu)，resize的過(guò)程，內(nèi)存泄漏是怎么發(fā)生(主要結(jié)合弱引用的特性)。