ThreadLocal 的作用和实现原理

     ThreadLocal  类用来提供线程内部的局部变量,并且这些变量依靠线程独立存在.
     可以在多个线程中互不干扰的进行存储数据和修改数据,通过set,get 和remove方法, 
     每个线程都是独立的操作.

     里面的原理是:在不同的线程中访问同一个对象,获取到的值是不一样的,因为内部会 
     从各种的线程中取出一个数组。 通过对应的下标,查找对应的Value值

下面看个简单的列子:

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_login);
        
        final ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<String>();
        threadLocal.set("123");
        Log.e("Charles2", "ss1==" + threadLocal.get());

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                String s = threadLocal.get();
                Log.e("Charles2", "ss2=" + s);
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                threadLocal.set("234");
                String s = threadLocal.get();
                Log.e("Charles2", "ss3==" + s);
            }
        }).start();
    }

打印的结果如下 :

07-18 15:58:14.312 21113-21113/? E/Charles2: ss1==123
07-18 15:58:14.326 21113-21140/? E/Charles2: ss2=null
07-18 15:58:14.327 21113-21141/? E/Charles2: ss3==234
 大家都知道这三行打印都在不同的线程,线程1是在主线程,线程2 和 线程3 分别在不各 
 自线程中,但是由于线程2没有给它设置值所以取出来的是null.其它2个线程的内部变量 
 都是有值.

二、实现原理
ThreadLocal的set()分析

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

如上面的代码看,得到map对象之后,用的this作为key,this在这里代表的是当前线程的ThreadLocal对象。 另外就是第二句根据getMap获取一个ThreadLocalMap,其中getMap中传入了参数t(当前线程对象),这样就能够获取每个线程的ThreadLocal了。 继续跟进到ThreadLocalMap中查看set方法:

(2)1.ThreadLocalMap
ThreadLocalMap是ThreadLocal的一个内部类,在分析其set方法之前,查看一下其类结构和成员变量。

    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;
            }
        }

        /**
         * 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

然后看下ThreadLocal的构造方法

        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);
        }

构造函数的第一个参数就是本ThreadLocal实例(this),第二个参数就是要保存的线程本地变量。构造函数首先创建一个长度为16的Entry数组,然后计算出firstKey对应的哈希值,然后存储到table中,并设置size和threshold。

注意一个细节,计算hash的时候里面采用了hashCode & (size - 1)的算法,这相当于取模运算hashCode % size的一个更高效的实现(和HashMap中的思路相同)。正是因为这种算法,我们要求size必须是2的指数,因为这可以使得hash发生冲突的次数减小。

ThreadLocalMap#set
ThreadLocal中put函数最终调用了ThreadLocalMap中的set函数,跟进去看一看:
···
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;
              // 冲突了
             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();
    }

···
在上述代码中如果Entry在存放过程中冲突了,调用nextIndex来处理,如下所示。是否还记得hashmap中对待冲突的处理?这里好像是另一种套路:只要i的数值小于len,就加1取值,官方术语称为:线性探测法。

        /**
         * Increment i modulo len.
         */
        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }

以上步骤ok了之后,再次关注一下源码中的cleanSomeSlots,该函数主要的作用就是清理无用的entry,具体细节就不扣了:

        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;
        }

下面来看ThreadLocal#get

    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
    }

如果map不会空,就根据当前线程去查存储的变量。
如果map为null,就返回setInitialValue()这个方法,跟进这个方法看一下:

    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;
    }

最后返回的是value,而value来自initialValue(),进入这个源码中查看:

    protected T initialValue() {
        return null;
    }

原来如此,如果不设置ThreadLocal的数值,默认就是null,来自于此。

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