ThreadLocal学习笔记

Posted 2021-09-06 *^O^*—*^O^*

概念

ThreadLocal 用于提供线程局部变量，在多线程环境可以保证各个线程里的变量独立于其它线程里的变量。也就是说 ThreadLocal 可以为每个线程创建一个【单独的变量副本】，相当于线程的 private static类型变量。

ThreadLocal 的作用和同步机制有些相反：同步机制是为了保证多线程环境下数据的一致性；而ThreadLocal 是保证了多线程环境下数据的独立性。

简单使用

public class Test {
	private static String commStr;
	private static ThreadLocal<String> threadStr = new ThreadLocal<String>();
	public static void main(String[] args) {
		commStr = "main";
		threadStr.set("main");
		Thread thread = new Thread(new Runnable() {
		@Override
		public void run() {
			commStr = "thread";
			threadStr.set("thread");
		}
	});
	thread.start();
	try {
		thread.join();
	} catch (InterruptedException e) {
	e.printStackTrace();
	}
	System.out.println(commStr);
	System.out.println(threadStr.get());
	}
}

从运行结果可以看出，对于 ThreadLocal 类型的变量，在一个线程中设置值，不影响其在其它线程中的
值。也就是说 ThreadLocal 类型的变量的值在每个线程中是独立的。

实现

set

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

set(T value) 方法中，首先获取当前线程，然后在获取到当前线程的 ThreadLocalMap，如果ThreadLocalMap 不为 null，则将 value 保存到 ThreadLocalMap 中，并用当前 ThreadLocal 作为key；否则创建一个 ThreadLocalMap 并给到当前线程，然后保存 value。
ThreadLocalMap 相当于一个 HashMap，是真正保存值的地方。

get

    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();
    }

在 get() 方法中也会获取到当前线程的 ThreadLocalMap，如果 ThreadLocalMap 不为 null，则把获取 key 为当前 ThreadLocal 的值；否则调用 setInitialValue() 方法返回初始值，并保存到新创建的 ThreadLocalMap 中。

remove

     public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }

ThreadLocalMap

在使用 ThreadLocal 类型变量进行相关操作时，都会通过当前线程获取到 ThreadLocalMap 来完成操
作。每个线程的 ThreadLocalMap 是属于线程自己的，ThreadLocalMap 中维护的值也是属于线程自
己的。这就保证了 ThreadLocal 类型的变量在每个线程中是独立的，在多线程环境下不会相互影响。

构造方法

ThreadLocal 中当前线程的 ThreadLocalMap 为 null 时会使用 ThreadLocalMap 的构造方法新建一个
ThreadLocalMap：

        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);
        }

构造方法中会新建一个数组，并将将第一次需要保存的键值存储到一个数组中，完成一些初始化工作。

存储结构

ThreadLocalMap 内部维护了一个哈希表（数组）来存储数据，并且定义了加载因子：

// 初始容量，必须是 2 的幂
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
// 存储数据的哈希表
private Entry[] table;
// table 中已存储的条目数
private int size = 0;
// 表示一个阈值，当 table 中存储的对象达到该值时就会扩容
private int threshold;
// 设置 threshold 的值
private void setThreshold(int len) {
	threshold = len * 2 / 3;
}

table 是一个 Entry 类型的数组，Entry 是 ThreadLocalMap 的一个内部类。

存储对象Entry

Entry 用于保存一个键值对，其中 key 以弱引用的方式保存：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
	Object value;
	Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
		super(k);
		value = v;
	}
}

获取Entry对象

        private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            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)]) {
                if (e.get() == key) {
                    e.clear();
                    expungeStaleEntry(i);
                    return;
                }
            }
        }

内存泄露

在 ThreadLocalMap 的 set()，get() 和 remove() 方法中，都有清除无效 Entry 的操作，这样做是为了降
低内存泄漏发生的可能。

Entry 中的 key 使用了弱引用的方式，这样做是为了降低内存泄漏发生的概率，但不能完全避免内存泄漏。

假设 Entry 的 key 没有使用弱引用的方式，而是使用了强引用：由于 ThreadLocalMap 的生命周期和当
前线程一样长，那么当引用 ThreadLocal 的对象被回收后，由于 ThreadLocalMap 还持有 ThreadLocal
和对应 value 的强引用，ThreadLocal 和对应的 value 是不会被回收的，这就导致了内存泄漏。所以
Entry 以弱引用的方式避免了 ThreadLocal 没有被回收而导致的内存泄漏，但是此时 value 仍然是无法
回收的，依然会导致内存泄漏。