1. ThreadLocal是什么？使用場景
ThreadLocal簡介
ThreadLocal是線程本地變量，可以為多線程的并發(fā)問題提供一種解決方式，當(dāng)使用ThreadLocal維護(hù)變量時，ThreadLocal為每個使用該變量的線程提供獨(dú)立的變量副本，所以每一個線程都可以獨(dú)立地改變自己的副本，而不會影響其它線程所對應(yīng)的副本。
ThreadLocal使用場景
多個線程去獲取一個共享變量時，要求獲取的是這個變量的初始值的副本。每個線程存儲這個變量的副本，對這個變量副本的改變不去影響變量本身。適用于多個線程依賴不同變量值完成操作的場景。比如：
- 多數(shù)據(jù)源的切換
- spring聲明式事務(wù)
2. ThreadLocal的使用案例
ThreadLocal類接口：
- void set(T value)：設(shè)置當(dāng)前線程的線程局部變量的值
- T get()：獲取當(dāng)前線程所對應(yīng)的線程局部變量
- void remove()：刪除當(dāng)前線程局部變量的值，目的是為了減少內(nèi)存的占用
- T initialValue()：該線程局部變量的初始值(默認(rèn)值為null)，該方法是一個protected的懶加載方法，線程第1次調(diào)用get()或set(T value)時才執(zhí)行在，而且也是為了讓子類覆蓋而設(shè)計的。
public class ThreadLocalDemo {
private static ThreadLocal<Index> index = new ThreadLocal(){
@Override
protected Object initialValue() {
return new Index();
}
};
private static class Index{
private int num;
public void incr(){
num++;
}
}
public static void main(String[] args) {
for(int i=0; i<5; i++){
new Thread(() ->{
Index local = index.get();
local.incr();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + index.get().num);
}, "thread_" + i).start();
}
}
}
輸出結(jié)果：
thread_1 1
thread_0 1
thread_3 1
thread_4 1
thread_2 1
可以看到每個線程的獲取的初始值都是0，并且對num++的操作也互不影響
學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中有遇見學(xué)習(xí)，行業(yè)方面的問題，或者說缺乏系統(tǒng)的學(xué)習(xí)路線和學(xué)習(xí)視頻可以點(diǎn)擊https://shimo.im/docs/VqQR6tPrpR3C3tjq/
3.ThreadLocal如何實現(xiàn)的
3.1 ThreadLocal的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
ThreadLocal內(nèi)部維護(hù)的是一個類似Map的ThreadLocalMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而每個Thread類，都有一個ThreadLocalMap成員變量。ThreadLocalMap將線程本地變量（ThreadLocal）作為key，線程變量的副本作為value，如圖所示：
image.png
需要注意的是ThreadLocal中的Entry的key和value的關(guān)系有系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，若維護(hù)不當(dāng)則可能導(dǎo)致多線程狀態(tài)下的不安全（一般不會，至少需要注意）。
3.2 get()源碼分析
public T get() {
//獲取當(dāng)前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//如果ThreadLocalMap已經(jīng)被創(chuàng)建了，那么通過當(dāng)前的threadLocal對象作為key，獲取value
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果ThreadLocalMap還沒有被創(chuàng)建或者在ThreadLocalMap中查找不到此元素
return setInitialValue();
}
3.2.1 ThreadLocalMap沒初始化
ThreadLocalMap沒初始化，ThreadLocalMap為null時，會調(diào)用setInitialValue()方法:
private T setInitialValue() {
//initialValue方法一般會被重寫，不重寫的話，直接返回null
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
//ThreadLocalMap已經(jīng)被創(chuàng)建，那么直接設(shè)置初始值（即保存變量副本），初始值來自initialValue方法
map.set(this, value);
else
//創(chuàng)建ThreadLocalMap
createMap(t, value);
return value;
}
其中，initialValue()方法是由我們重寫的，需要注意的是，返回值必須為new一個對象，而不是直接返回一個對象引用。因為如果多個線程都保存同一個引用的副本的話，那他們通過這個引用修改共享變量的值，是相互影響的。我們本來的目的便是為了獲取共享變量的初始值副本，各個線程對副本的修改不影響變量本身。
再來看看createMap是如何創(chuàng)建threadLocalMap的
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
//創(chuàng)建一個初始容量為16的Entry數(shù)組
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//通過threadLocal的threadLocalHashCode來定位在數(shù)組中的位置
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
//保存在數(shù)組中
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
//記錄下已用的大小
size = 1;
//設(shè)置閾值為容量的2/3
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
3.2.2 初始化threadLocalMap
初始化threadLocalMap之后，此線程再次調(diào)用get()方法，又做了哪些操作呢
public T get() {
//獲取當(dāng)前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//如果ThreadLocalMap已經(jīng)被創(chuàng)建了，那么通過當(dāng)前的threadLocal對象作為key，獲取value
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果ThreadLocalMap還沒有被創(chuàng)建或者在ThreadLocalMap中查找不到此元素
return setInitialValue();
}
可以看到是通過map.getEntry(this)去查找元素的
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
//如果定位的元素的key與傳入的key不相等，那么一直往后找
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)
//將過期的key清除掉，并把后面的元素（移動過位置的）往前移
expungeStaleEntry(i);
else
//往后移一位
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// 清除當(dāng)前元素
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = null;
size--;
//將此元素后面的，因為hash沖突移動過位置的元素往前移
Entry e;
int i;
for (i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == null) {
e.value = null;
tab[i] = null;
size--;
} else {
int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
//h != i說明有過hash沖突
if (h != i) {
tab[i] = null;
// Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
// null because multiple entries could have been stale.
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
tab[h] = e;
}
}
}
return i;
}
如果map.getEntry(this)也找不到元素怎么辦？
public T get() {
//獲取當(dāng)前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//如果ThreadLocalMap已經(jīng)被創(chuàng)建了，那么通過當(dāng)前的threadLocal對象作為key，獲取value
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果ThreadLocalMap還沒有被創(chuàng)建或者在ThreadLocalMap中查找不到此元素
return setInitialValue();
}
那么繼續(xù)調(diào)用setInitialValue()方法
private T setInitialValue() {
//initialValue方法一般會被重寫，不重寫的話，直接返回null
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
//ThreadLocalMap已經(jīng)被創(chuàng)建，那么直接設(shè)置初始值（即保存變量副本），初始值來自initialValue方法
map.set(this, value);
else
//創(chuàng)建ThreadLocalMap
createMap(t, value);
return value;
}
可以看到將會調(diào)用它里面的map.set(this, value)方法
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) {
//替代過期的元素，并清除后面的一些過期元素
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
//如果在table中確實找不到，那么新建一個
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
//如果沒有元素被清除，且超過閾值，那么擴(kuò)容并重新hash定位
rehash();
}
3.3 set()源碼分析
在看看set()方式處理與setInitialValue類似，少了獲取初始化值，其他都相同，可參考get()方式中ThreadLocalMap沒初始化方式:
public void set(T value) {
//獲取當(dāng)前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當(dāng)前線程的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
3.4 總結(jié)
- 首先判斷當(dāng)前線程的threadLocalMap是否存在，若不存在則創(chuàng)建一個。將ThreadLocal作為key，共享變量初始值的副本作為value，保存在threadLocalMap中
- 若threadLocalMap存在，那么將ThreadLocal作為key，通過hash散列定位在數(shù)組中的位置，查找value
- 如果在threadLocalMap中找不到（原因：被刪除了，或者此ThreaLocal沒有加入到threadLocalMap，畢竟threadLocalMap可以存放多個threadLocal），那么將ThreadLocal作為key，共享變量初始值的副本作為value，保存在threadLocalMap中
- 在set的過程中，如果當(dāng)前位置有其他元素（即hash沖突），那么往后找，直到不存在其他元素。并且在set的過程中會清除一些過期（key為null）的元素。最后將根據(jù)size大小，決定是否擴(kuò)容，重新hash定位
