java ThreadLocal线程设置私有变量底层源码分析
- 2019 年 10 月 28 日
- 筆記
前面也听说了ThreadLocal来实现高并发，以前都是用锁来实现，看了挺多资料的，发现其实还是区别挺大的（感觉严格来说ThreadLocal并不算高并发的解决方案），现在总结一下吧。
高并发中会出现的问题就是线程安全问题，可以说是多个线程对共享资源访问如何处理的问题，处理不当会的话，会出现结果和预期会完全不同。
一般情况下，多个线程访问一个变量都是公用他们的值，不过有时候虽然也是访问共享变量，不过每个线程却需要自己的私有变量。这个时候ThreadLocal就有用武之地了。下面是个ThreadLocal的简单实例：
public class ThreadLocalExample { public static void main(String[] args){ //创建一个ThreadLocal对象 ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>(); //设置主线程私有变量值 threadLocal.set(100); //创建一个新线程 new Thread(new Runnable(){ public void run(){ //使用共享变量，设置线程私有变量 threadLocal.set(50); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get()); } }).start(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get()); } }
输出结果：
main:100 Thread-0:50
很神奇，对多个资源之间的共享，又不想他们之间相互影响，所以使用这个是挺不错的。具体应用，spring中应用我记得挺多的，连接数据库的每个连接，还有session的存储。
思考了一下，要我实现的话就用个map来存储，因为这个其实就是键值对，只不过键是线程唯一标识，值就是对应的私有变量。
具体看了源码发现差不多，不过使用内部自己实现的一个ThreadLocalMap类，内部还一个Entry类而且Entry类继承weakRefrence（说实话第一次遇到弱应用，以前只是在jvm那本书学习了下），具体方法如下：
先看下他的set方法吧
public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); //获得所有线程共享的ThreadLocalMap对象 ThreadLocalMap map = getMap(t); //对象已经存在就直接插入键值对 //不存在就创建然后再插入 if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); }
getMap方法的话一个获得所有线程共享的ThreadLocalMap对象如下：
ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }
然后进入Thread类进去找一下这个容器，找到下面：
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;然后创建：
void createMap(Thread t, T firstValue) {
//创建ThreadLocalMap对象赋给threadLocals t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }
至此，ThreadLocal的基本原理就已经很清晰了：各线程对共享的ThreadLocal实例进行操作，实际上是以该实例为键对内部持有的ThreadLocalMap对象进行操作。
还有get()方法的话就是利用设置的键进行获取，remove()方法也是，其实和Hashmap差不多不过解决冲突使用的拉链法（对了，下次写一篇HashHap的还有ConcurrentHashMap的话，颇有研究）。这里有个问题就是因为这个ThreadLocalMap是静态的所以在方法区中(jdk8之后为元数据区)，不进行回收的话会造成内存泄漏，而且可能会出现内存溢出，所以使用后记得remove();
基本上其实可以了，不过好奇ThreadLocalMap怎么实现的可以接着往下看，我也好奇，所以也偷偷看了，嘿嘿嘿
那就来分析一下这个ThreadLocalMap这个内部类吧。
ThreadLocalMap属于一个自定义的map，是一个带有hash功能的静态内部类，其实和java.util包下提供的Map类并没有关系。内部有一个静态的Entry类，下面具体分析Entry。
/** * The entries in this hash map extend WeakReference, using * its main ref field as the key (which is always a * ThreadLocal object). Note that null keys (i.e. entry.get() * == null) mean that the key is no longer referenced, so the * entry can be expunged from table. Such entries are referred to * as "stale entries" in the code that follows. */ static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> { /** The value associated with this ThreadLocal. */ Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) { super(k); value = v; } }
偷了一下官方的解释：
主要是说entry继承自WeakReference，用main方法引用的字段作为entry中的key。当entry.get() == null的时候，意味着键将不再被引用。
注意看到一个super(k)，说明调用父类的构造，去看看
Reference(T referent) { this(referent, null); } Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) { this.referent = referent; this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue; }
就上面这个其他没了，看了半天有点没看懂，然后去学了四种引用回来终于看懂，由于篇幅过多，在结尾我给出两篇别人的博客，可以去看完了，再回来，多学点哈哈哈。
再看了下发现这个内部类好多，但是其实就是map的一种实现，上面也讲了set方法那就简单提一下ThreadLocalMap的set()方法相关的吧，代码下面：
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. //把Entry对象数组拿到来 ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] tab = table; //长度也拿到来 int len = tab.length; //通过拿到key的hashcode值，进去发现神奇的一幕这里利用通过累加这个值0x61c88647来作为hashcode， // 这里提一下往下走发现因为要公用这个属性，多个实例访问会有问题 // 所以使用了AtomicInteger原子操作来写值 //并且与总长度-1做与运算就是取模，因为扩容都是2的n次方所以这样直接取模就行，速度快 int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); //定位到对应的数组位置，进行冲突判断之类的处理 for (ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { //这里是冲突遍历 //这里里面就拿对应tabel下对应位置的当前引用 ThreadLocal<?> k = e.get(); //判断是不是对应的键，是的话就覆盖 if (k == key) { e.value = value; return; } //没有的话就生成Entry代替掉 if (k == null) { replaceStaleEntry(key, value, i); return; } } //这里就直接插入了 tab[i] = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry(key, value); //长度加1 int sz = ++size; //判断是否做扩容 if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) rehash(); }
里面其实挺复杂的，具体的话就是正常是使用开放定址法处理，这里使用累加一个定值解决的冲突，因为多个实例共用，特殊处理，厉害厉害。
//threadLocalHashCode代码也贴在这里吧，有兴趣可以直接去看 private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger(); private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647; private static int nextHashCode() { return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT); } private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
总结
看完源码之后神清气爽，学到了很多啦。以前对java引用只是知道四个引用和对应的相应简单概念，为了看懂这个Entry，去学习了weakReference源码，看了别人的关于四个引用的博客写的真好，偷偷学习了下，并且知道怎么使用了。划重点会用了！！！当然对于ThreadLocal也会用了，而且好像可以手写一个简单的版本哎，可以动手试试。
关于四种引用博客，写的真的很棒。
https://blog.csdn.net/swebin/article/details/78571933
https://blog.csdn.net/hacker_zhidian/article/details/83043270
