1. ThreadLocal是什麼？使用場景
ThreadLocal簡介
ThreadLocal是執行緒本地變數，可以為多執行緒的併發問題提供一種解決方式，當使用ThreadLocal維護變數時，ThreadLocal為每個使用該變數的執行緒提供獨立的變數副本，所以每一個執行緒都可以獨立地改變自己的副本，而不會影響其它執行緒所對應的副本。
ThreadLocal使用場景
多個執行緒去獲取一個共享變數時，要求獲取的是這個變數的初始值的副本。每個執行緒儲存這個變數的副本，對這個變數副本的改變不去影響變數本身。適用於多個執行緒依賴不同變數值完成操作的場景。比如：
- 多資料來源的切換
- spring宣告式事務
2. ThreadLocal的使用案例
ThreadLocal類介面：
- void set(T value)：設定當前執行緒的執行緒區域性變數的值
- T get()：獲取當前執行緒所對應的執行緒區域性變數
- void remove()：刪除當前執行緒區域性變數的值，目的是為了減少記憶體的佔用
- T initialValue()：該執行緒區域性變數的初始值(預設值為null)，該方法是一個protected的懶載入方法，執行緒第1次呼叫get()或set(T value)時才執行在，而且也是為了讓子類覆蓋而設計的。
public class ThreadLocalDemo {
private static ThreadLocal<Index> index = new ThreadLocal(){
@Override
protected Object initialValue() {
return new Index();
}
};
private static class Index{
private int num;
public void incr(){
num++;
}
}
public static void main(String[] args) {
for(int i=0; i<5; i++){
new Thread(() ->{
Index local = index.get();
local.incr();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + index.get().num);
}, "thread_" + i).start();
}
}
}複製程式碼輸出結果：
thread_1 1
thread_0 1
thread_3 1
thread_4 1
thread_2 1
可以看到每個執行緒的獲取的初始值都是0，並且對num++的操作也互不影響
3.ThreadLocal如何實現的
3.1 ThreadLocal的資料結構
ThreadLocal內部維護的是一個類似Map的ThreadLocalMap資料結構，而每個Thread類，都有一個ThreadLocalMap成員變數。ThreadLocalMap將執行緒本地變數（ThreadLocal）作為key，執行緒變數的副本作為value，如圖所示：
需要注意的是ThreadLocal中的Entry的key和value的關係有系統進行維護，若維護不當則可能導致多執行緒狀態下的不安全（一般不會，至少需要注意）。
3.2 get()原始碼分析
public T get() {
//獲取當前執行緒
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當前執行緒的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//如果ThreadLocalMap已經被建立了，那麼通過當前的threadLocal物件作為key，獲取value
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果ThreadLocalMap還沒有被建立或者在ThreadLocalMap中查詢不到此元素
return setInitialValue();
}複製程式碼3.2.1 ThreadLocalMap沒初始化
ThreadLocalMap沒初始化，ThreadLocalMap為null時，會呼叫setInitialValue()方法:
private T setInitialValue() {
//initialValue方法一般會被重寫，不重寫的話，直接返回null
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當前執行緒的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
//ThreadLocalMap已經被建立，那麼直接設定初始值（即儲存變數副本），初始值來自initialValue方法
map.set(this, value);
else
//建立ThreadLocalMap
createMap(t, value);
return value;
}複製程式碼其中，initialValue()方法是由我們重寫的，需要注意的是，返回值必須為new一個物件，而不是直接返回一個物件引用。因為如果多個執行緒都儲存同一個引用的副本的話，那他們通過這個引用修改共享變數的值，是相互影響的。我們本來的目的便是為了獲取共享變數的初始值副本，各個執行緒對副本的修改不影響變數本身。
再來看看createMap是如何建立threadLocalMap的
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}複製程式碼 ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
//建立一個初始容量為16的Entry陣列
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//通過threadLocal的threadLocalHashCode來定位在陣列中的位置
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
//儲存在陣列中
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
//記錄下已用的大小
size = 1;
//設定閾值為容量的2/3
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}複製程式碼3.2.2 初始化threadLocalMap
初始化threadLocalMap之後，此執行緒再次呼叫get()方法，又做了哪些操作呢
public T get() {
//獲取當前執行緒
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當前執行緒的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//如果ThreadLocalMap已經被建立了，那麼通過當前的threadLocal物件作為key，獲取value
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果ThreadLocalMap還沒有被建立或者在ThreadLocalMap中查詢不到此元素
return setInitialValue();
}複製程式碼可以看到是通過map.getEntry(this)去查詢元素的
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
//如果定位的元素的key與傳入的key不相等，那麼一直往後找
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}複製程式碼 private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
while (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
//將過期的key清除掉，並把後面的元素（移動過位置的）往前移
expungeStaleEntry(i);
else
//往後移一位
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}複製程式碼 private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}複製程式碼 private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// 清除當前元素
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = null;
size--;
//將此元素後面的，因為hash衝突移動過位置的元素往前移
Entry e;
int i;
for (i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == null) {
e.value = null;
tab[i] = null;
size--;
} else {
int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
//h != i說明有過hash衝突
if (h != i) {
tab[i] = null;
// Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
// null because multiple entries could have been stale.
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
tab[h] = e;
}
}
}
return i;
}複製程式碼如果map.getEntry(this)也找不到元素怎麼辦？
public T get() {
//獲取當前執行緒
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當前執行緒的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//如果ThreadLocalMap已經被建立了，那麼通過當前的threadLocal物件作為key，獲取value
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//如果ThreadLocalMap還沒有被建立或者在ThreadLocalMap中查詢不到此元素
return setInitialValue();
}複製程式碼那麼繼續呼叫setInitialValue()方法
private T setInitialValue() {
//initialValue方法一般會被重寫，不重寫的話，直接返回null
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當前執行緒的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
//ThreadLocalMap已經被建立，那麼直接設定初始值（即儲存變數副本），初始值來自initialValue方法
map.set(this, value);
else
//建立ThreadLocalMap
createMap(t, value);
return value;
}複製程式碼可以看到將會呼叫它裡面的map.set(this, value)方法
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;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {
//替代過期的元素，並清除後面的一些過期元素
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
//如果在table中確實找不到，那麼新建一個
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
//如果沒有元素被清除，且超過閾值，那麼擴容並重新hash定位
rehash();
}複製程式碼3.3 set()原始碼分析
在看看set()方式處理與setInitialValue類似，少了獲取初始化值，其他都相同，可參考get()方式中
ThreadLocalMap沒初始化方式
:
public void set(T value) {
//獲取當前執行緒
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當前執行緒的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}複製程式碼3.4 總結
- 首先判斷當前執行緒的threadLocalMap是否存在，若不存在則建立一個。將ThreadLocal作為key，共享變數初始值的副本作為value，儲存在threadLocalMap中
- 若threadLocalMap存在，那麼將ThreadLocal作為key，通過hash雜湊定位在陣列中的位置，查詢value
- 如果在threadLocalMap中找不到（原因：被刪除了，或者此ThreaLocal沒有加入到threadLocalMap，畢竟threadLocalMap可以存放多個threadLocal），那麼將ThreadLocal作為key，共享變數初始值的副本作為value，儲存在threadLocalMap中
- 在set的過程中，如果當前位置有其他元素（即hash衝突），那麼往後找，直到不存在其他元素。並且在set的過程中會清除一些過期（key為null）的元素。最後將根據size大小，決定是否擴容，重新hash定位
各位看官還可以嗎？喜歡的話，動動手指點個?，點個關注唄！！謝謝支援！