下面我就以面試問答的形式學(xué)習(xí)我們的——ThreadLocal類（源碼分析基于JDK8）
問答內(nèi)容
1、問：ThreadLocal了解嗎？您能給我說說他的主要用途嗎？
答：從JAVA官方對ThreadLocal類的說明定義（定義在示例代碼中）：ThreadLocal類用來提供線程內(nèi)部的局部變量。這種變量在多線程環(huán)境下訪問（通過get和set方法訪問）時能保證各個線程的變量相對獨立于其他線程內(nèi)的變量。ThreadLocal實例通常來說都是private static類型的，用于關(guān)聯(lián)線程和線程上下文。
我們可以得知ThreadLocal的作用是：ThreadLocal的作用是提供線程內(nèi)的局部變量，不同的線程之間不會相互干擾，這種變量在線程的生命周期內(nèi)起作用，減少同一個線程內(nèi)多個函數(shù)或組件之間一些公共變量的傳遞的復(fù)雜度。
上述可以概述為：ThreadLocal提供線程內(nèi)部的局部變量，在本線程內(nèi)隨時隨地可取，隔離其他線程。
2.ThreadLocal實現(xiàn)原理是什么，它是怎么樣做到局部變量不同的線程之間不會相互干擾的？
JDK8 ThreadLocal的設(shè)計是：每個Thread維護一個ThreadLocalMap哈希表，這個哈希表的key是ThreadLocal實例本身，value才是真正要存儲的值Object。
這樣設(shè)計有如下幾點優(yōu)勢：
- 1、這樣設(shè)計之后每個Map存儲的Entry數(shù)量就會變小，因為之前的存儲數(shù)量由Thread的數(shù)量決定，現(xiàn)在是由ThreadLocal的數(shù)量決定。
- 2、當(dāng)Thread銷毀之后，對應(yīng)的ThreadLocalMap也會隨之銷毀，能減少內(nèi)存的使用。
3、您能說說ThreadLocal常用操作的底層實現(xiàn)原理嗎？如存儲set(T value)，獲取get()，刪除remove()等操作。
調(diào)用get()操作獲取ThreadLocal中對應(yīng)當(dāng)前線程存儲的值時，進行了如下操作：
- 1、獲取當(dāng)前線程Thread對象，進而獲取此線程對象中維護的ThreadLocalMap對象。
- 2、判斷當(dāng)前的ThreadLocalMap是否存在：
如果存在，則以當(dāng)前的ThreadLocal 為 key，調(diào)用ThreadLocalMap中的getEntry方法獲取對應(yīng)的存儲實體 e。找到對應(yīng)的存儲實體 e，獲取存儲實體 e 對應(yīng)的 value值，即為我們想要的當(dāng)前線程對應(yīng)此ThreadLocal的值，返回結(jié)果值。
如果不存在，則證明此線程沒有維護的ThreadLocalMap對象，調(diào)用setInitialValue方法進行初始化。返回setInitialValue初始化的值。
setInitialValue方法的操作如下：
- 1、調(diào)用initialValue獲取初始化的值。
- 2、獲取當(dāng)前線程Thread對象，進而獲取此線程對象中維護的ThreadLocalMap對象。
- 3、判斷當(dāng)前的ThreadLocalMap是否存在：
如果存在，則調(diào)用map.set設(shè)置此實體entry。
如果不存在，則調(diào)用createMap進行ThreadLocalMap對象的初始化，并將此實體entry作為第一個值存放至ThreadLocalMap中。
/**
* 返回當(dāng)前線程對應(yīng)的ThreadLocal的初始值
* 此方法的第一次調(diào)用發(fā)生在，當(dāng)線程通過{@link #get}方法訪問此線程的ThreadLocal值時
* 除非線程先調(diào)用了 {@link #set}方法，在這種情況下，
* {@code initialValue} 才不會被這個線程調(diào)用。
* 通常情況下，每個線程最多調(diào)用一次這個方法，
* 但也可能再次調(diào)用，發(fā)生在調(diào)用{@link #remove}方法后，
* 緊接著調(diào)用{@link #get}方法。
*
* <p>這個方法僅僅簡單的返回null {@code null};
* 如果程序員想ThreadLocal線程局部變量有一個除null以外的初始值，
* 必須通過子類繼承{@code ThreadLocal} 的方式去重寫此方法
* 通常, 可以通過匿名內(nèi)部類的方式實現(xiàn)
*
* @return 當(dāng)前ThreadLocal的初始值
*/
protected T initialValue() {
return null;
}
/**
* 創(chuàng)建一個ThreadLocal
* @see #withInitial(java.util.function.Supplier)
*/
public ThreadLocal() {
}
/**
* 返回當(dāng)前線程中保存ThreadLocal的值
* 如果當(dāng)前線程沒有此ThreadLocal變量，
* 則它會通過調(diào)用{@link #initialValue} 方法進行初始化值
*
* @return 返回當(dāng)前線程對應(yīng)此ThreadLocal的值
*/
public T get() {
// 獲取當(dāng)前線程對象
Thread t = Thread.currentThread();
// 獲取此線程對象中維護的ThreadLocalMap對象
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 如果此map存在
if (map != null) {
// 以當(dāng)前的ThreadLocal 為 key，調(diào)用getEntry獲取對應(yīng)的存儲實體e
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
// 找到對應(yīng)的存儲實體 e
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
// 獲取存儲實體 e 對應(yīng)的 value值
// 即為我們想要的當(dāng)前線程對應(yīng)此ThreadLocal的值
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
// 如果map不存在，則證明此線程沒有維護的ThreadLocalMap對象
// 調(diào)用setInitialValue進行初始化
return setInitialValue();
}
/**
* set的變樣實現(xiàn)，用于初始化值initialValue，
* 用于代替防止用戶重寫set()方法
*
* @return the initial value 初始化后的值
*/
private T setInitialValue() {
// 調(diào)用initialValue獲取初始化的值
T value = initialValue();
// 獲取當(dāng)前線程對象
Thread t = Thread.currentThread();
// 獲取此線程對象中維護的ThreadLocalMap對象
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 如果此map存在
if (map != null)
// 存在則調(diào)用map.set設(shè)置此實體entry
map.set(this, value);
else
// 1）當(dāng)前線程Thread 不存在ThreadLocalMap對象
// 2）則調(diào)用createMap進行ThreadLocalMap對象的初始化
// 3）并將此實體entry作為第一個值存放至ThreadLocalMap中
createMap(t, value);
// 返回設(shè)置的值value
return value;
}
/**
* 獲取當(dāng)前線程Thread對應(yīng)維護的ThreadLocalMap
*
* @param t the current thread 當(dāng)前線程
* @return the map 對應(yīng)維護的ThreadLocalMap
*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
調(diào)用set(T value)操作設(shè)置ThreadLocal中對應(yīng)當(dāng)前線程要存儲的值時，進行了如下操作：
- 1、獲取當(dāng)前線程Thread對象，進而獲取此線程對象中維護的ThreadLocalMap對象。
- 2、判斷當(dāng)前的ThreadLocalMap是否存在：
如果存在，則調(diào)用map.set設(shè)置此實體entry。
如果不存在，則調(diào)用createMap進行ThreadLocalMap對象的初始化，并將此實體entry作為第一個值存放至ThreadLocalMap中。
/**
* 設(shè)置當(dāng)前線程對應(yīng)的ThreadLocal的值
* 大多數(shù)子類都不需要重寫此方法，
* 只需要重寫 {@link #initialValue}方法代替設(shè)置當(dāng)前線程對應(yīng)的ThreadLocal的值
*
* @param value 將要保存在當(dāng)前線程對應(yīng)的ThreadLocal的值
*
*/
public void set(T value) {
// 獲取當(dāng)前線程對象
Thread t = Thread.currentThread();
// 獲取此線程對象中維護的ThreadLocalMap對象
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 如果此map存在
if (map != null)
// 存在則調(diào)用map.set設(shè)置此實體entry
map.set(this, value);
else
// 1）當(dāng)前線程Thread 不存在ThreadLocalMap對象
// 2）則調(diào)用createMap進行ThreadLocalMap對象的初始化
// 3）并將此實體entry作為第一個值存放至ThreadLocalMap中
createMap(t, value);
}
/**
* 為當(dāng)前線程Thread 創(chuàng)建對應(yīng)維護的ThreadLocalMap.
*
* @param t the current thread 當(dāng)前線程
* @param firstValue 第一個要存放的ThreadLocal變量值
*/
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
調(diào)用remove()操作刪除ThreadLocal中對應(yīng)當(dāng)前線程已存儲的值時，進行了如下操作：
- 1、獲取當(dāng)前線程Thread對象，進而獲取此線程對象中維護的ThreadLocalMap對象。
- 2、判斷當(dāng)前的ThreadLocalMap是否存在， 如果存在，則調(diào)用map.remove，以當(dāng)前ThreadLocal為key刪除對應(yīng)的實體entry。
/**
* 刪除當(dāng)前線程中保存的ThreadLocal對應(yīng)的實體entry
* 如果此ThreadLocal變量在當(dāng)前線程中調(diào)用 {@linkplain #get read}方法
* 則會通過調(diào)用{@link #initialValue}進行再次初始化，
* 除非此值value是通過當(dāng)前線程內(nèi)置調(diào)用 {@linkplain #set set}設(shè)置的
* 這可能會導(dǎo)致在當(dāng)前線程中多次調(diào)用{@code initialValue}方法
*
* @since 1.5
*/
public void remove() {
// 獲取當(dāng)前線程對象中維護的ThreadLocalMap對象
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
// 如果此map存在
if (m != null)
// 存在則調(diào)用map.remove
// 以當(dāng)前ThreadLocal為key刪除對應(yīng)的實體entry
m.remove(this);
}
4、對ThreadLocal的常用操作實際是對線程Thread中的ThreadLocalMap進行操作，核心是ThreadLocalMap這個哈希表，你能談?wù)凾hreadLocalMap的內(nèi)部底層實現(xiàn)嗎?
ThreadLocalMap的底層實現(xiàn)是一個定制的自定義HashMap哈希表，核心組成元素有：
- 1、Entry[] table;：底層哈希表 table, 必要時需要進行擴容，底層哈希表 table.length 長度必須是2的n次方。
- 2、int size;：實際存儲鍵值對元素個數(shù) entries
- 3、int threshold;：下一次擴容時的閾值，閾值 threshold = 底層哈希表table的長度 len * 2 / 3。當(dāng)size >= threshold時，遍歷table并刪除key為null的元素，如果刪除后size >= threshold*3/4時，需要對table進行擴容（詳情請查看set(ThreadLocal<?> key, Object value)方法說明）。
其中Entry[] table;哈希表存儲的核心元素是Entry，Entry包含：
- 1、ThreadLocal<?> k；：當(dāng)前存儲的ThreadLocal實例對象
- 2、Object value;：當(dāng)前 ThreadLocal 對應(yīng)儲存的值value
需要注意的是，此Entry繼承了弱引用 WeakReference，所以在使用ThreadLocalMap時，發(fā)現(xiàn)key == null，則意味著此key ThreadLocal不在被引用，需要將其從ThreadLocalMap哈希表中移除。
示例代碼：
/**
* ThreadLocalMap 是一個定制的自定義 hashMap 哈希表，只適合用于維護
* 線程對應(yīng)ThreadLocal的值. 此類的方法沒有在ThreadLocal 類外部暴露，
* 此類是私有的，允許在 Thread 類中以字段的形式聲明 ，
* 以助于處理存儲量大，生命周期長的使用用途，
* 此類定制的哈希表實體鍵值對使用弱引用WeakReferences 作為key，
* 但是, 一旦引用不在被使用，
* 只有當(dāng)哈希表中的空間被耗盡時，對應(yīng)不再使用的鍵值對實體才會確保被 移除回收。
*/
static class ThreadLocalMap {
/**
* 實體entries在此hash map中是繼承弱引用 WeakReference,
* 使用ThreadLocal 作為 key 鍵. 請注意，當(dāng)key為null（i.e. entry.get()
* == null) 意味著此key不再被引用,此時實體entry 會從哈希表中刪除。
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** 當(dāng)前 ThreadLocal 對應(yīng)儲存的值value. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
/**
* 初始容量大小 16 -- 必須是2的n次方.
*/
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* 底層哈希表 table, 必要時需要進行擴容.
* 底層哈希表 table.length 長度必須是2的n次方.
*/
private Entry[] table;
/**
* 實際存儲鍵值對元素個數(shù) entries.
*/
private int size = 0;
/**
* 下一次擴容時的閾值
*/
private int threshold; // 默認(rèn)為 0
/**
* 設(shè)置觸發(fā)擴容時的閾值 threshold
* 閾值 threshold = 底層哈希表table的長度 len * 2 / 3
*/
private void setThreshold(int len) {
threshold = len * 2 / 3;
}
/**
* 獲取該位置i對應(yīng)的下一個位置index
*/
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
/**
* 獲取該位置i對應(yīng)的上一個位置index
*/
private static int prevIndex(int i, int len) {
return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
}
}
ThreadLocalMap的構(gòu)造方法是延遲加載的，也就是說，只有當(dāng)線程需要存儲對應(yīng)的ThreadLocal的值時，才初始化創(chuàng)建一次（僅初始化一次）。
初始化步驟如下：
- 1初始化底層數(shù)組table的初始容量為 16。
- 2獲取ThreadLocal中的threadLocalHashCode，通過threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1)，即ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode % 哈希表的長度 length 的方式計算該實體的存儲位置。
- 3存儲當(dāng)前的實體，key 為 : 當(dāng)前ThreadLocal value：真正要存儲的值
- 4設(shè)置當(dāng)前實際存儲元素個數(shù) size 為 1
- 5設(shè)置閾值setThreshold(INITIAL_CAPACITY)，為初始化容量 16 的 2/3。
示例代碼：
/**
* 用于創(chuàng)建一個新的hash map包含 (firstKey, firstValue).
* ThreadLocalMaps 構(gòu)造方法是延遲加載的,所以我們只會在至少有一個
* 實體entry存放時，才初始化創(chuàng)建一次（僅初始化一次）。
*/
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
// 初始化 table 初始容量為 16
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
// 計算當(dāng)前entry的存儲位置
// 存儲位置計算等價于：
// ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode % 哈希表的長度 length
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
// 存儲當(dāng)前的實體，key 為 : 當(dāng)前ThreadLocal value：真正要存儲的值
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
// 設(shè)置當(dāng)前實際存儲元素個數(shù) size 為 1
size = 1;
// 設(shè)置閾值，為初始化容量 16 的 2/3。
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
ThreadLocal的get()操作實際是調(diào)用ThreadLocalMap的getEntry(ThreadLocal<?> key)方法,此方法快速適用于獲取某一存在key的實體 entry，否則，應(yīng)該調(diào)用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)方法獲取，這樣做是為了最大限制地提高直接命中的性能，該方法進行了如下操作：
- 1、計算要獲取的entry的存儲位置，存儲位置計算等價于：ThreadLocal的 hash 值 threadLocalHashCode % 哈希表的長度 length。
- 2、根據(jù)計算的存儲位置，獲取到對應(yīng)的實體 Entry。判斷對應(yīng)實體Entry是否存在 并且 key是否相等：
存在對應(yīng)實體Entry并且對應(yīng)key相等，即同一ThreadLocal，返回對應(yīng)的實體Entry。
不存在對應(yīng)實體Entry 或者 key不相等，則通過調(diào)用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)方法繼續(xù)查找。
getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)方法操作如下：
- 1.獲取底層哈希表數(shù)組table，循環(huán)遍歷對應(yīng)要查找的實體Entry所關(guān)聯(lián)的位置。
- 2.獲取當(dāng)前遍歷的entry 的 key ThreadLocal，比較key是否一致，一致則返回。
- 3.如果key不一致 并且 key 為 null，則證明引用已經(jīng)不存在，這是因為Entry繼承的是WeakReference，這是弱引用帶來的坑。調(diào)用expungeStaleEntry(int staleSlot)方法刪除過期的實體Entry（此方法不單獨解釋，請查看示例代碼，有詳細(xì)注釋說明）。
- key不一致 ，key也不為空，則遍歷下一個位置，繼續(xù)查找。
- 5.遍歷完畢，仍然找不到則返回null。
示例代碼：
/**
* 根據(jù)key 獲取對應(yīng)的實體 entry. 此方法快速適用于獲取某一存在key的
* 實體 entry，否則，應(yīng)該調(diào)用getEntryAfterMiss方法獲取，這樣做是為
* 了最大限制地提高直接命中的性能
*
* @param key 當(dāng)前thread local 對象
* @return the entry 對應(yīng)key的 實體entry, 如果不存在，則返回null
*/
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
// 計算要獲取的entry的存儲位置
// 存儲位置計算等價于：
// ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode % 哈希表
的長度 length
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
// 獲取到對應(yīng)的實體 Entry
Entry e = table[i];
// 存在對應(yīng)實體并且對應(yīng)key相等，即同一ThreadLocal
if (e != null && e.get() == key)
// 返回對應(yīng)的實體Entry
return e;
else
// 不存在 或 key不一致，則通過調(diào)用getEntryAfterMiss繼續(xù)查找
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
/**
* 當(dāng)根據(jù)key找不到對應(yīng)的實體entry 時，調(diào)用此方法。
* 直接定位到對應(yīng)的哈希表位置
*
* @param key 當(dāng)前thread local 對象
* @param i 此對象在哈希表 table中的存儲位置 index
* @param e the entry 實體對象
* @return the entry 對應(yīng)key的 實體entry, 如果不存在，則返回null
*/
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// 循環(huán)遍歷當(dāng)前位置的所有實體entry
while (e != null) {
// 獲取當(dāng)前entry 的 key ThreadLocal
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 比較key是否一致，一致則返回
if (k == key)
return e;
// 找到對應(yīng)的entry ，但其key 為 null，則證明引用已經(jīng)不存在
// 這是因為Entry繼承的是WeakReference，這是弱引用帶來的坑
if (k == null)
// 刪除過期(stale)的entry
expungeStaleEntry(i);
else
// key不一致 ，key也不為空，則遍歷下一個位置，繼續(xù)查找
i = nextIndex(i, len);
// 獲取下一個位置的實體 entry
e = tab[i];
}
// 遍歷完畢，找不到則返回null
return null;
}
/**
* 刪除對應(yīng)位置的過期實體，并刪除此位置后對應(yīng)相關(guān)聯(lián)位置key = null的實體
*
* @param staleSlot 已知的key = null 的對應(yīng)的位置索引
* @return 對應(yīng)過期實體位置索引的下一個key = null的位置
* (所有的對應(yīng)位置都會被檢查)
*/
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
// 獲取對應(yīng)的底層哈希表 table
Entry[] tab = table;
// 獲取哈希表長度
int len = tab.length;
// 擦除這個位置上的臟數(shù)據(jù)
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = null;
size--;
// 直到我們找到 Entry e = null，才執(zhí)行rehash操作
// 就是遍歷完該位置的所有關(guān)聯(lián)位置的實體
Entry e;
int i;
// 查找該位置對應(yīng)所有關(guān)聯(lián)位置的過期實體，進行擦除操作
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);
if (h != i) {
tab[i] = null;
// 我們必須一直遍歷直到最后
// 因為還可能存在多個過期的實體
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
tab[h] = e;
}
}
}
return i;
}
/**
* 刪除所有過期的實體
*/
private void expungeStaleEntries() {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = tab[j];
if (e != null && e.get() == null)
expungeStaleEntry(j);
}
}
ThreadLocal的set(T value)操作實際是調(diào)用ThreadLocalMap的set(ThreadLocal<?> key, Object value)方法，該方法進行了如下操作：
- 1.獲取對應(yīng)的底層哈希表table，計算對應(yīng)threalocal的存儲位置。
- 2.循環(huán)遍歷table對應(yīng)該位置的實體，查找對應(yīng)的threadLocal。
- 3.獲取當(dāng)前位置的threadLocal，如果key threadLocal一致，則證明找到對應(yīng)的threadLocal，將新值賦值給找到的當(dāng)前實體Entry的value中，結(jié)束。
- 4.如果當(dāng)前位置的key threadLocal不一致，并且key threadLocal為null，則調(diào)用replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,int staleSlot)方法（此方法不單獨解釋，請查看示例代碼，有詳細(xì)注釋說明），替換該位置key == null 的實體為當(dāng)前要設(shè)置的實體，結(jié)束。
- 5.如果當(dāng)前位置的key threadLocal不一致，并且key threadLocal不為null，則創(chuàng)建新的實體，并存放至當(dāng)前位置 i tab[i] = new Entry(key, value);，實際存儲鍵值對元素個數(shù)size + 1，由于弱引用帶來了這個問題，所以要調(diào)用cleanSomeSlots(int i, int n)方法清除無用數(shù)據(jù)（此方法不單獨解釋，請查看示例代碼，有詳細(xì)注釋說明），才能判斷現(xiàn)在的size有沒有達(dá)到閥值threshhold，如果沒有要清除的數(shù)據(jù)，存儲元素個數(shù)仍然 大于 閾值 則調(diào)用rehash方法進行擴容（此方法不單獨解釋，請查看示例代碼，有詳細(xì)注釋說明）。
示例代碼：
/**
* 設(shè)置對應(yīng)ThreadLocal的值
*
* @param key 當(dāng)前thread local 對象
* @param value 要設(shè)置的值
*/
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
// 我們不會像get()方法那樣使用快速設(shè)置的方式，
// 因為通常很少使用set()方法去創(chuàng)建新的實體
// 相對于替換一個已經(jīng)存在的實體, 在這種情況下,
// 快速設(shè)置方案會經(jīng)常失敗。
// 獲取對應(yīng)的底層哈希表 table
Entry[] tab = table;
// 獲取哈希表長度
int len = tab.length;
// 計算對應(yīng)threalocal的存儲位置
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 循環(huán)遍歷table對應(yīng)該位置的實體，查找對應(yīng)的threadLocal
for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
// 獲取當(dāng)前位置的ThreadLocal
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 如果key threadLocal一致，則證明找到對應(yīng)的threadLocal
if (k == key) {
// 賦予新值
e.value = value;
// 結(jié)束
return;
}
// 如果當(dāng)前位置的key threadLocal為null
if (k == null) {
// 替換該位置key == null 的實體為當(dāng)前要設(shè)置的實體
replaceStaleEntry(key, value, i);
// 結(jié)束
return;
}
}
// 當(dāng)前位置的k ！= key && k != null
// 創(chuàng)建新的實體，并存放至當(dāng)前位置i
tab[i] = new Entry(key, value);
// 實際存儲鍵值對元素個數(shù) + 1
int sz = ++size;
// 由于弱引用帶來了這個問題，所以先要清除無用數(shù)據(jù)，才能判斷現(xiàn)在的size有沒有達(dá)到閥值threshhold
// 如果沒有要清除的數(shù)據(jù)，存儲元素個數(shù)仍然 大于 閾值 則擴容
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
// 擴容
rehash();
}
/**
* 當(dāng)執(zhí)行set操作時，獲取對應(yīng)的key threadLocal，并替換過期的實體
* 將這個value值存儲在對應(yīng)key threadLocal的實體中，無論是否已經(jīng)存在體
* 對應(yīng)的key threadLocal
*
* 有一個副作用, 此方法會刪除該位置下和該位置nextIndex對應(yīng)的所有過期的實體
*
* @param key 當(dāng)前thread local 對象
* @param value 當(dāng)前thread local 對象對應(yīng)存儲的值
* @param staleSlot 第一次找到此過期的實體對應(yīng)的位置索引index
* .
*/
private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,
int staleSlot) {
// 獲取對應(yīng)的底層哈希表 table
Entry[] tab = table;
// 獲取哈希表長度
int len = tab.length;
Entry e;
// 往前找，找到table中第一個過期的實體的下標(biāo)
// 清理整個table是為了避免因為垃圾回收帶來的連續(xù)增長哈希的危險
// 也就是說，哈希表沒有清理干凈，當(dāng)GC到來的時候，后果很嚴(yán)重
// 記錄要清除的位置的起始首位置
int slotToExpunge = staleSlot;
// 從該位置開始，往前遍歷查找第一個過期的實體的下標(biāo)
for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = prevIndex(i, len))
if (e.get() == null)
slotToExpunge = i;
// 找到key一致的ThreadLocal或找到一個key為 null的
for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 如果我們找到了key，那么我們就需要把它跟新的過期數(shù)據(jù)交換來保持哈希表的順序
// 那么剩下的過期Entry呢，就可以交給expungeStaleEntry方法來擦除掉
// 將新設(shè)置的實體放置在此過期的實體的位置上
if (k == key) {
// 替換，將要設(shè)置的值放在此過期的實體中
e.value = value;
tab[i] = tab[staleSlot];
tab[staleSlot] = e;
// 如果存在，則開始清除之前過期的實體
if (slotToExpunge == staleSlot)
slotToExpunge = i;
// 在這里開始清除過期數(shù)據(jù)
cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
return;
}
// / 如果我們沒有在往后查找中找沒有找到過期的實體，
// 那么slotToExpunge就是第一個過期Entry的下標(biāo)了
if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
slotToExpunge = i;
}
// 最后key仍沒有找到，則將要設(shè)置的新實體放置
// 在原過期的實體對應(yīng)的位置上。
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = new Entry(key, value);
// 如果該位置對應(yīng)的其他關(guān)聯(lián)位置存在過期實體，則清除
if (slotToExpunge != staleSlot)
cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
}
/**
* 啟發(fā)式的掃描查找一些過期的實體并清除，
* 此方法會再添加新實體的時候被調(diào)用,
* 或者過期的元素被清除時也會被調(diào)用.
* 如果實在沒有過期數(shù)據(jù)，那么這個算法的時間復(fù)雜度就是O(log n)
* 如果有過期數(shù)據(jù)，那么這個算法的時間復(fù)雜度就是O(n)
*
* @param i 一個確定不是過期的實體的位置，從這個位置i開始掃描
*
* @param n 掃描控制: 有{@code log2(n)} 單元會被掃描,
* 除非找到了過期的實體, 在這種情況下
* 有{@code log2(table.length)-1} 的格外單元會被掃描.
* 當(dāng)調(diào)用插入時, 這個參數(shù)的值是存儲實體的個數(shù)，
* 但如果調(diào)用 replaceStaleEntry方法, 這個值是哈希表table的長度
* (注意: 所有的這些都可能或多或少的影響n的權(quán)重
* 但是這個版本簡單，快速，而且似乎執(zhí)行效率還可以）
*
* @return true 返回true，如果有任何過期的實體被刪除。
*/
private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
boolean removed = false;
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
do {
i = nextIndex(i, len);
Entry e = tab[i];
if (e != null && e.get() == null) {
n = len;
removed = true;
i = expungeStaleEntry(i);
}
} while ( (n >>>= 1) != 0);
return removed;
}
/**
* 哈希表擴容方法
* 首先掃描整個哈希表table，刪除過期的實體
* 縮小哈希表table大小 或 擴大哈希表table大小，擴大的容量是加倍.
*/
private void rehash() {
// 刪除所有過期的實體
expungeStaleEntries();
// 使用較低的閾值threshold加倍以避免滯后
// 存儲實體個數(shù) 大于等于 閾值的3/4則擴容
if (size >= threshold - threshold / 4)
resize();
}
/**
* 擴容方法，以2倍的大小進行擴容
* 擴容的思想跟HashMap很相似，都是把容量擴大兩倍
* 不同之處還是因為WeakReference帶來的
*/
private void resize() {
// 記錄舊的哈希表
Entry[] oldTab = table;
// 記錄舊的哈希表長度
int oldLen = oldTab.length;
// 新的哈希表長度為舊的哈希表長度的2倍
int newLen = oldLen * 2;
// 創(chuàng)建新的哈希表
Entry[] newTab = new Entry[newLen];
int count = 0;
// 逐一遍歷舊的哈希表table的每個實體，重新分配至新的哈希表中
for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
// 獲取對應(yīng)位置的實體
Entry e = oldTab[j];
// 如果實體不會null
if (e != null) {
// 獲取實體對應(yīng)的ThreadLocal
ThreadLocal<?> k = e.get();
// 如果該ThreadLocal 為 null
if (k == null) {
// 則對應(yīng)的值也要清除
// 就算是擴容，也不能忘了為擦除過期數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備
e.value = null; // Help the GC
} else {
// 如果不是過期實體，則根據(jù)新的長度重新計算存儲位置
int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
// 將該實體存儲在對應(yīng)ThreadLocal的最后一個位置
while (newTab[h] != null)
h = nextIndex(h, newLen);
newTab[h] = e;
count++;
}
}
}
// 重新分配位置完畢，則重新計算閾值Threshold
setThreshold(newLen);
// 記錄實際存儲元素個數(shù)
size = count;
// 將新的哈希表賦值至底層table
table = newTab;
}
ThreadLocal的remove()操作實際是調(diào)用ThreadLocalMap的remove(ThreadLocal<?> key)方法，該方法進行了如下操作：
- 1.獲取對應(yīng)的底層哈希表 table，計算對應(yīng)threalocal的存儲位置。
- 2.循環(huán)遍歷table對應(yīng)該位置的實體，查找對應(yīng)的threadLocal。
- 3 .獲取當(dāng)前位置的threadLocal，如果key threadLocal一致，則證明找到對應(yīng)的threadLocal，執(zhí)行刪除操作，刪除此位置的實體，結(jié)束。
示例代碼：
/**
* 移除對應(yīng)ThreadLocal的實體
*/
private void remove(ThreadLocal<?> key) {
// 獲取對應(yīng)的底層哈希表 table
Entry[] tab = table;
// 獲取哈希表長度
int len = tab.length;
// 計算對應(yīng)threalocal的存儲位置
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 循環(huán)遍歷table對應(yīng)該位置的實體，查找對應(yīng)的threadLocal
for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
// 如果key threadLocal一致，則證明找到對應(yīng)的threadLocal
if (e.get() == key) {
// 執(zhí)行清除操作
e.clear();
// 清除此位置的實體
expungeStaleEntry(i);
// 結(jié)束
return;
}
}
}
5.ThreadLocalMap中的存儲實體Entry使用ThreadLocal作為key，但這個Entry是繼承弱引用WeakReference的，為什么要這樣設(shè)計，使用了弱引用WeakReference會造成內(nèi)存泄露問題嗎？
首先，回答這個問題之前，我需要解釋一下什么是強引用，什么是弱引用。
我們在正常情況下，普遍使用的是強引用：
A a = new A();
B b = new B();
當(dāng) a = null;b = null;時，一段時間后，JAVA垃圾回收機制GC會將 a 和 b 對應(yīng)所分配的內(nèi)存空間給回收。
但考慮這樣一種情況：
C c = new C(b);
b = null;
當(dāng) b 被設(shè)置成null時，那么是否意味這一段時間后GC工作可以回收 b 所分配的內(nèi)存空間呢？答案是否定的，因為即使 b 被設(shè)置成null，但 c 仍然持有對 b 的引用，而且還是強引用，所以GC不會回收 b 原先所分配的空間，既不能回收，又不能使用，這就造成了 內(nèi)存泄露。
那么如何處理呢？
可以通過c = null;，也可以使用弱引用WeakReference w = new WeakReference(b);。因為使用了弱引用WeakReference，GC是可以回收 b 原先所分配的空間的。
詳解請見:ThreadLocal 內(nèi)存泄露的實例分析
6.ThreadLocal和synchronized的區(qū)別?
ThreadLocal和synchronized關(guān)鍵字都用于處理多線程并發(fā)訪問變量的問題，只是二者處理問題的角度和思路不同。
- ThreadLocal是一個Java類,通過對當(dāng)前線程中的局部變量的操作來解決不同線程的變量訪問的沖突問題。所以，ThreadLocal提供了線程安全的共享對象機制，每個線程都擁有其副本。
- Java中的synchronized是一個保留字，它依靠JVM的鎖機制來實現(xiàn)臨界區(qū)的函數(shù)或者變量的訪問中的原子性。在同步機制中，通過對象的鎖機制保證同一時間只有一個線程訪問變量。此時，被用作“鎖機制”的變量時多個線程共享的。
- 同步機制(synchronized關(guān)鍵字)采用了以“時間換空間”的方式，提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問。而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式，為每一個線程都提供一份變量的副本，從而實現(xiàn)同時訪問而互不影響。
7.ThreadLocal在現(xiàn)時有什么應(yīng)用場景？
總的來說ThreadLocal主要是解決2種類型的問題：
- 解決并發(fā)問題：使用ThreadLocal代替synchronized來保證線程安全。同步機制采用了“以時間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問，而后者為每一個線程都提供了一份變量，因此可以同時訪問而互不影響。
- 解決數(shù)據(jù)存儲問題：ThreadLocal為變量在每個線程中都創(chuàng)建了一個副本，所以每個線程可以訪問自己內(nèi)部的副本變量，不同線程之間不會互相干擾。如一個Parameter對象的數(shù)據(jù)需要在多個模塊中使用，如果采用參數(shù)傳遞的方式，顯然會增加模塊之間的耦合性。此時我們可以使用ThreadLocal解決。
應(yīng)用場景：
- Spring使用ThreadLocal解決線程安全問題
我們知道在一般情況下，只有無狀態(tài)的Bean才可以在多線程環(huán)境下共享，在Spring中，絕大部分Bean都可以聲明為singleton作用域。就是因為Spring對一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非線程安全狀態(tài)采用ThreadLocal進行處理，讓它們也成為線程安全的狀態(tài)，因為有狀態(tài)的Bean就可以在多線程中共享了。- 一般的Web應(yīng)用劃分為展現(xiàn)層、服務(wù)層和持久層三個層次，在不同的層中編寫對應(yīng)的邏輯，下層通過接口向上層開放功能調(diào)用。在一般情況下，從接收請求到返回響應(yīng)所經(jīng)過的所有程序調(diào)用都同屬于一個線程ThreadLocal是解決線程安全問題一個很好的思路，它通過為每個線程提供一個獨立的變量副本解決了變量并發(fā)訪問的沖突問題。在很多情況下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機制解決線程安全問題更簡單，更方便，且結(jié)果程序擁有更高的并發(fā)性
public abstract class RequestContextHolder {
····
private static final boolean jsfPresent =
ClassUtils.isPresent("javax.faces.context.FacesContext", RequestContextHolder.class.getClassLoader());
private static final ThreadLocal<RequestAttributes> requestAttributesHolder =
new NamedThreadLocal<RequestAttributes>("Request attributes");
private static final ThreadLocal<RequestAttributes> inheritableRequestAttributesHolder =
new NamedInheritableThreadLocal<RequestAttributes>("Request context");
·····
}
總結(jié)
- ThreadLocal提供線程內(nèi)部的局部變量，在本線程內(nèi)隨時隨地可取，隔離其他線程。
- ThreadLocal的設(shè)計是：每個Thread維護一個ThreadLocalMap哈希表，這個哈希表的key是ThreadLocal實例本身，value才是真正要存儲的值Object。
- 對ThreadLocal的常用操作實際是對線程Thread中的ThreadLocalMap進行操作。
- ThreadLocalMap的底層實現(xiàn)是一個定制的自定義HashMap哈希表，ThreadLocalMap的閾值threshold = 底層哈希表table的長度 len * 2 / 3，當(dāng)實際存儲元素個數(shù)size 大于或等于 閾值threshold的 3/4 時size >= threshold*3/4，則對底層哈希表數(shù)組table進行擴容操作。
- ThreadLocalMap中的哈希表Entry[] table存儲的核心元素是Entry，存儲的key是ThreadLocal實例對象，value是ThreadLocal 對應(yīng)儲存的值value。需要注意的是，此Entry繼承了弱引用 WeakReference，所以在使用ThreadLocalMap時，發(fā)現(xiàn)key == null，則意味著此key ThreadLocal不在被引用，需要將其從ThreadLocalMap哈希表中移除。
- ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作為key，如果一個ThreadLocal沒有外部強引用來引用它，那么系統(tǒng) GC 的時候，這個ThreadLocal勢必會被回收。所以，在ThreadLocal的get(),set(),remove()的時候都會清除線程ThreadLocalMap里所有key為null的value。如果我們不主動調(diào)用上述操作，則會導(dǎo)致內(nèi)存泄露。
- 為了安全地使用ThreadLocal，必須要像每次使用完鎖就解鎖一樣，在每次使用完ThreadLocal后都要調(diào)用remove()來清理無用的Entry。這在操作在使用線程池時尤為重要。
- ThreadLocal和synchronized的區(qū)別：同步機制(synchronized關(guān)鍵字)采用了以“時間換空間”的方式，提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問。而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式，為每一個線程都提供一份變量的副本，從而實現(xiàn)同時訪問而互不影響。
- ThreadLocal主要是解決2種類型的問題：A. 解決并發(fā)問題：使用ThreadLocal代替同步機制解決并發(fā)問題。B. 解決數(shù)據(jù)存儲問題：如一個Parameter對象的數(shù)據(jù)需要在多個模塊中使用，如果采用參數(shù)傳遞的方式，顯然會增加模塊之間的耦合性。此時我們可以使用ThreadLocal解決。
