功能描述

ThreadLocal解决了访问共享变量的阻塞问题,并且不需要像CAS操作一样牺牲CPU资源,它为每一个线程维护了一个变量副本,每个线程在访问ThrealLocal里面的变量时实际上访问的是自己线程内的变量副本,并且这个线程内的变量副本与其他线程的变量副本相互隔离,互不影响。也就是说,ThreadLocal包裹的变量是线程级变量。

源码解刨

ThreadLocal通过一个内部类ThreadLocalMap进行数据的保存,并将自己本身作为key,从get方法入手。

public T get() {
// 取得当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
// 取得当前线程内的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
// 使用threadlocal作为key在ThreadLocalMap内取得Entry对象
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
// 取得threadlocal包裹的值在该线程内的副本
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}

在get方法内发现,Threadlocal首先获取了当前线程,然后使用当前线程作为key取得ThreadLocalMap对象,那么这个ThreadLocalMap对象仅对当前线程可见,ThreadLocalMap内包含的内容也仅对当前线程可见,查看getMap方法:

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}

此时发现ThreadLocalMap实际上保存在Thread类的threadLocals变量中,查看Thread类代码,其内部保存了ThreadLocalMap类变量threadLocals,即ThreadLocalMap定义在ThreadLocal类中,却实际保存在Thread类中。

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;



观察ThreadLocalMap类的定义

static class ThreadLocalMap {
// 静态内部类,保存键值对,并且使用了弱引用
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value; Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
}

使用弱引用的原因主要是为了帮助jvm进行垃圾回收(可以参考WeakHashMap)



通过内存引用关系图可以发现,对ThreadLocal的引用有两处,即自定义的threadlocal变量和Entry内的key,如果Entry内的key持有ThreadLocal的强引用,那么即使将自定义的threadlocal变量设置为空,由于key的存在,也无法对threadlocal所占用的内存进行回收,就会造成内存泄漏问题。

Entry内的key持有ThreadLocal的弱引用,当自定义的threadlocal变量设置为null时,只有key引用到了java堆内的ThreadLocal,因为弱引用的特性,如果没有其他强引用连接,则可以被回收,因此不会造成内存泄漏问题。

如果通过将ThreadLocal设置为null来帮助GC时发现,threadlocal变量可以被回收掉,但是如果之前未将value清空的话,value会一直持有引用,会造成内存泄漏问题。因此当某个线程内的threadlocal使用完了,一定要先调用remove方法清空value,在设置threadlocal为null。

搞清楚了弱引用的作用后,继续看ThreadLocalMap类的getEntry方法

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
// 通过threadlocal类的hashcode取得Entry在table中的下标
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
// 在table中取得Entry对象
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

通过以上代码发现,ThreadLocalMap实际的存储结构是Entry[] table,而table的结构为hash表,为了验证这一观点,继续查看ThreadLocalMap类的set方法

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
// 取得Entry表
Entry[] tab = table;
// 取得表格长度
int len = tab.length;
// 通过threadlocal类的hashcode取得Entry在table中的下标位置
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 如果Entry[i]不为空,从下标i开始遍历表格
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
// threallocal与entry中的key相同,直接替换值
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
// key为null,设置key,value并修改hashcode
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
// Entry[i]为空,直接设置key和value
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}

看完了set方法,此时大致对table的结构有了一定的掌握。



设置值时通过threadlocal的hash码与table的长度来获取要存储的下标位置,获取value时也是同样的方式。

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