ThreadLocal 详解（二）ThreadLocal的原理

news2024/9/30 0:04:36

前言：Threadlocal的原理涉及两个方面：Threadlocal实例和ThreadlocalMap；这是我画的草图

一.Threadlocal实例

每个Threadlocal对象实际上是一个容器，用于储存线程本地的变量副本。每个线程都可以拥有自己的Threadlocal实例，这些实例可以存储不同的数据，互相之间互不影响；

public class ThreadLocal<T> {
    // 默认初始化，如果ThreadLocal没有进行初始化，进行get操作，会返回null
    protected T initialValue() {
        return null;
    }

    // 函数式初始化
    public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) {
        return new SuppliedThreadLocal<>(supplier);
    }
    
    
    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();
    }
    
    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }
    
    public void remove() {
        ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
        if (m != null)
            m.remove(this);
    }
}

二.ThreadlocalMap

ThreadlocalMap是Threadlocal的底层数据结构，，他是一个哈希表。每个线程都有一个与之关联的ThreadlocalMap，用于储存该线程所拥有的Threadlocal实例以及对应的值ThreadlocalMap中的的键是Threadlocal实例，值是该线程对应的Threadlocal实例的变量副本。当我们调用Threadlocal的set()方法设置时，实际上是在当前的ThreadlocalMap中以Threadlocal实例为键，将值储存在对应的位置。而调用get()方法时，则是从当前线程的ThreadlocalMap中根据Threadlocal实例获取对应的值；

三.ThreadLocal的set()方法：

 public void set(T value) {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取线程中的属性 threadLocalMap ,如果threadLocalMap 不为空，
        //则直接更新要保存的变量值，否则创建threadLocalMap，并赋值
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else{
         // 初始化thradLocalMap 并赋值
            createMap(t, value);}
           
}

从上面的代码可以看出，Threadlocal 的set()赋值的时候首先获取当前线程Thread，并且获取Thread线程中的ThreadlocalMap属性，如果Map的属性不为空，则更新当前Map的值，如果Map值为空，则将value值初始化；那么ThreadlocalMap又是什么呢？

  static class ThreadLocalMap {
 
        /**
         * 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;
            }
        }
 
    }

从源码可以看出ThreadlocalMap是Threadlocal的内部静态类，而它的构成主要是用Entry来保存数据，而且还是集成的若引用WeakReference。在Entry内部使用Threadlocal作为key，使我们设置的value作为value值；

//这个是threadlocal 的内部方法
void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
 
 
    //ThreadLocalMap 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);
}

四.ThreadLocal的get()方法：

public T get() {
        //1、获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //2、获取当前线程的ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        //3、如果map数据不为空，
        if (map != null) {
            //3.1、获取threalLocalMap中存储的值
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        //如果是数据为null，则初始化，初始化的结果，TheralLocalMap中存放key值threadLocal，值为null
        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;
}

五.ThreadLocal的remove()方法：

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

remove()方法，直接将Threadlocal对应的值从当前Thread的ThreadMap中删除。为什么要删除，这涉及到内存泄露的问题。实际上ThreadlocalMap中使用的key为Threadlocal的弱引用，弱引用的特点是，如果这个对象是弱引用，那么在下一次GC垃圾回收的时候必然会被清理掉；所以如果是Threadlocal没有被外部强引用的情况下，在垃圾回收时候会被清理掉的，这样一来ThreadlocalMap中使用这个Threadlocal的key也会被清理掉。但是，value为强引用，不会被清理，这样一来就会出现key为null的value；Threadlocal其实是与线程绑定的一个变量，如此就会出现一个问题；如果没有将Threadlocal内的变量删除remove()或替换，它的生命周期将会与线程共存。通常线程池中对线程的管理都是采用线程复用的方法，在线程池中线程很难结束甚至永远不会结束，这将意味着线程持续时间将不可预测，甚至与JVM的生命周期一致。例如：如果Threadlocal中直接或间接包装了集合类或复杂的对象，每次在用一个Threadlocal中取出对象后，那么内部的集合类和复杂对象所占用的空间可能会开始持续膨胀；