ThreadLocal

Java篇

  1. 是什么
  2. 怎么用
  3. 源码
  4. 缺点
  5. 总结

是什么

ThreadLocal是一个关于创建线程局部变量的类,这个变量只能当前线程使用,其他线程不可用。

ThreadLocal提供get()和set()方法创建和修改变量。

怎么使用

ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal<String>() {
@Override
protected String initialValue() {
return "初始化值";
}
};

源码

类结构图

get(),set()

查看ThreadLocal中的get(),set()中有一个ThreadLocalMap对象

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

ThreadLocalMap

ThreadLocalMap 就是一个内部静态类,没有继承也没有接口,是一个自定义的Hash映射,用户维护线程局部变量。

static class ThreadLocalMap

ThreadLocalMap的内部类Entry,继承WeakReference 弱引用

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
//key放在WeakReference<ThreadLocal<?>>中
super(k);
//变量放在Object value中
value = v;
}
}

ThreadLocalMap中存放线程局部变量的数据结构

private Entry[] table;

小结:

  1. ThreadLocal ——> ThreadLocalMap——> Entry[]
  2. Entry维护一个ThreadLocal 作为key,value对应ThreadLocal的值

初始化方法

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
//默认容量为16
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//threadLocalHashCode是一个原子类AtomicInteger的实例,每次调用会增加0x61c88647。&位移操作使存放分布均匀
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
//放入数组
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
} //nextHashCode实现
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static AtomicInteger nextHashCode =
new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

小结:

  1. ThreadLocalMap默认容量为16,每次计算索引位置会加0x61c88647然后和长度-1取模
  2. 索引是原子类

Entry的get

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
//定位i的位置
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
} private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//hashcode索引相同所以查找下一个,用循环比对取出
while (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
expungeStaleEntry(i);
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}

小结:

  1. get方法中先计算索引位置,如果key相同则返回,不同则用线性探测法取出,当key为null的时候清理i所在位置直到不为null的数据。如果找不到key的数据则返回null

Entry的Set

	private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//hashcode索引
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); //线性探测法,如果在有值的情况下,key不同则继续下一个
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//如果当前有值&&key相同则更新value
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
//如果key空,则key-value重新替换
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
//索引位置找到,插入key-value,对size+1
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
//cleanSomeSlots清理key关联的对象被回收的数据,如果没有被清理的&&size大于扩容因子,刷新
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}

小结:

1.计算索引位置

2.如果当前位置有值则索引+1判断是否为空,不为空继续+1,直到找到位置插入

3.size+1

4.是否清理key为null的数据,如果没有被清理&& size大于列表长度的2/3则扩容

清理key关联的对象被回收的数据

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];
//key为null,被清理
if (e != null && e.get() == null) {
n = len;
removed = true;
//移除i位置之后为key为null的元素
i = expungeStaleEntry(i);
}
} while ( (n >>>= 1) != 0);
return removed;
}

expungeStaleEntry方法

private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//将上面staleSlot的数据清空,大小减去1
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = null;
size--; Entry e;
int i;
//以staleSlot往后找key为null的
for (i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//key为null清空
if (k == null) {
e.value = null;
tab[i] = null;
size--;
} else {
//key不为null,计算当前hashCode索引位置,如果不相同则把当前i清除,当前h位置不为null,再向后查找key合适的索引
int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
if (h != i) {
tab[i] = null;
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
tab[h] = e;
}
}
}
return i;
}

小结:

  1. 从staleSlot开始,清除key为null的Entry,并将不为空的元素放到合适的位置,最后遍历到Entry为空的元素时,跳出循环返回当前索引位置

rehash方法

private void rehash() {
expungeStaleEntries(); //调用expungeStaleEntries()方法
//size的长度超过容量的3/4,则扩容
if (size >= threshold - threshold / 4)
resize();
} private void resize() {
Entry[] oldTab = table;
int oldLen = oldTab.length;
int newLen = oldLen * 2;
Entry[] newTab = new Entry[newLen];
int count = 0; for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
Entry e = oldTab[j];
if (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//key为null,value也设置为null,清理
if (k == null) {
e.value = null; // Help the GC
} else {
//重新设置元素位置
int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
while (newTab[h] != null)
h = nextIndex(h, newLen);
newTab[h] = e;
count++;
}
}
}
//设置阈值
setThreshold(newLen);
size = count;
table = newTab;
} private void expungeStaleEntries() {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = tab[j];
if (e != null && e.get() == null)
expungeStaleEntry(j);
}
}

小结:

  1. 调用expungeStaleEntries方法,清理整个table中key为null的Entry
  2. 如果清理后size超过阈值的1/2,则进行扩容。
  3. 新表长度为老表2倍,创建新表。
  4. 遍历老表所有元素,如果key为null,将value清空;否则通过hash code计算新表的索引位置h,如果h已经有元素,则调用nextIndex方法直到寻找到空位置,将元素放在新表的对应位置。
  5. 设置新表扩容的阈值、更新size、table指向新表

缺点

内存泄露

从Entry源码中可以看出,Entry继承了WeakReference弱引用,如果外部没有引用ThreadLocal,则Entry中作为Key的ThreadLocal会被销毁成为null,那么它所对应的value不会被访问到。当线程一直在执行&&没有进行remove,rehash等操作时,value会一直存在内存,从而造成内存泄露

总结

  1. Thread中都有一个ThreadLocalMap
  2. ThreadLocalMap的key是ThreadLocal实例
  3. 默认容量大小为16,当size超过2/3容量&&没被清理就rehash,
  4. 当size超过扩容因子3/4的时候扩容为原来的2倍
  5. 当发现一个key为null的时候,会进行清理,直到下一个key不为null
  6. has冲突的解决方法和hashMap不相同,ThreadLocal是找这个冲突索引的下一个元素直到找到,hashMap是转换为红黑树

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