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ThreadLocal 源码解析

首先,什么是ThreadLocal?

看一下源码上的定义:

/**
 * This class provides thread-local variables.  These variables differ from
 * their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its
 * {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized
 * copy of the variable.  {@code ThreadLocal} instances are typically private
 * static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g.,
 * a user ID or Transaction ID).
 */
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英语比较差劲,凑合翻译一下,大意是threadLoacl会提供线程局部变量,这些变量不同于其他正常的变量,在每个线程中都会有一个独立的副本,可以通过set和get操作threadLocal中的数据,但是只会改变本线程中的数据,并不会影响其他线程;

理解起来可能有点绕,看一下代码,没有代码的解释是没有灵魂的。。。

  public static void main(String[] args) {

        local=new ThreadLocal<>();
        
        //在主线程中更改变量
        local.set("我是main");
        System.out.println("main:"+local.get());
        
         //在A线程中程中更改变量
        new Thread("ThreadA"){
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                local.set("我是ThreadA");
                System.out.println("ThreadA:"+local.get());
            }
        }.start();
        
        //在B线程中程中未对变量进行操作,也没有初始化
        new Thread("ThreadB"){
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                System.out.println("ThreadB:"+local.get());
            }
        }.start();


    }
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看一下打印的结果:

System.out: main:我是main
System.out: ThreadA:我是ThreadA
System.out: ThreadB:null
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从结果来分析,上面那段注释就很好理解了,main、threadA、threadB 三个线程中都拥有一个不同的副本,可以通过set和get方法对本线程中的变量进行操作,并不会影响到其他线程的变量;

为什么会这样?

我们从源码里面来分析一下:

  1. 为了方便理解,我们先看一下 ThreadLocalMap ThreadLocalMap 是一个为维护线程本地value自定义的一个hashMap,一般只会在Thread类中使用。
static class ThreadLocalMap {

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

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        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 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) {
                //如果k==null,删除value的引用,防止泄露
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }
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ThreadLocalMap 的源码并不复杂,我这里只看一些比较重要的方法,省略一些无用的代码,从上述代码可以看出来threadLocalMap用Entry类来进行存储,以ThreadLocal 作为key;在通过set方法或者构造方法进行赋值储存。在set方法里面每次调用都会检查一遍数据,并且会清除key为null的value

注意: ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作为key,如果一个ThreadLocal没有外部强引用来引用它,那么系统 GC 的时候,这个ThreadLocal势必会被回收,但是ThreadLocalMap的生命周期却和Thread一样长,这样一来,ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry,就没有办法访问这些key为null的Entry的value,如果当前线程再迟迟不结束的话,这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链:Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永远无法回收,造成内存泄漏。在set方法里面每次调用都会检查一遍,并且会清除key为null的value,但是最后一次set的值始终会存在,被回收的时候还是有泄露的可能,如果想避免此处泄露,就需要手动调用ThreadLocalMap的remove()方法

  1. 接下来我们继续看threadLoacal方法

构造方法里面并没有进行任何操作,我们直接从set方法开始:

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        //获取到当前线程中维护的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            //以ThreadLocal为key将键值对进行储存
            map.set(this, value);
        else
            //初始化并储存value
            createMap(t, value);
    }
    
 ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    } 
    
void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
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set方法很简单,获取到当前线程中维护的 ThreadLocalMap,如果尚未初始化,就调用createMap()方法来进行初始化,并以当前的threadLocal为key进行储存

  1. get方法
  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();
    }
    
    
    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }
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可以看出来,get方法也是非常简单的,仅仅是从ThreadLocalMap中取出当前线程的数据,并且在未进行初始化的时候,初始化ThreadLocalMap;setInitialValue方法则是初始化map和设置默认值的方法,可以看到,getMap获取到的 ThreadLocalMap 为空,或者当前线程尚未赋值的时候,会在setInitialValue方法中通过initialValue()获取到默认值,initialValue()默认值为null,我们可以通过重写该方法来修改默认值;

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