重走JAVA之路（四）：ThreadLocal源码解析

前言

说起ThreadLocal大家应该有种很熟悉的感觉，但是又好像不知道是干啥用的，第一次接触它还是在Looper的源码中，每次获取Looper对象是，通过ThreadLocal的get方法获取到当前线程的Looper对象，有兴趣的可以看看之前的文章Android源码学习之handler，为什么要通过ThreadLocal来获取Looper对象呢，亦或者说这样做有什么好处?今天就带大家一起深入了解这个神秘的ThreadLocal。

源码

话不多说，直接开撸：

/*** This class provides thread-local variables.  These variables differ from* their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its* {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized* copy of the variable.  {@code ThreadLocal} instances are typically private* static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g.,* a user ID or Transaction ID).*/
public class ThreadLocal<T> {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);}public ThreadLocal() {}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);elsecreateMap(t, value);}
}
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从类上面的注释可以看到，大概翻译下也就是：该类提供线程局部变量，这些变量与正常的变量不同，而是每个访问一个的线程都有自己独立初始化的变量副本，ThreadLocal实例通常是类中的私有静态字段，希望将状态与线程关联

不要羡慕鄙人的英语，因为。。我是google翻译的...（咳咳）

这里只是摘了一段代码，从上面暴露的方法可以看到，提供了set，get方法，很明显就能看出来，set方法时，key是this，也就是当前的ThreadLocal对象，value就是传递进来的值，而最终是存储到哪呢，一个叫ThreadLocalMap的对象，追踪一下，发现它其实是ThreadLocal的静态内部类：

static class ThreadLocalMap {static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);value = v;}}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) {replaceStaleEntry(key, value, i);return;}}tab[i] = new Entry(key, value);int sz = ++size;if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)rehash();}}
}复制代码

Set方法

可以看到内部再维护了一个静态Entry类继承弱引用，所以上面所说的key，ThreadLocal对象其实是咦弱引用的形式存储的，这样也有益于GC回收，防止内存泄漏，我们先来看set方法：

通过key的哈希码和数组长度，计算出存储元素的下标，这点应该很类似于HashMap中的找数组下标的方式。
找到下标之后，一个循环，从i开始往后一直遍历到数组最后一个Entry，如果key相等，覆盖value，如果key为null,用新key、value覆盖，同时清理历史key=null的陈旧数据
如果找到下标为空的元素，跳出循环，将key和value，设置进去，填满该下标元素位置，同时size++，如果超过阈值，重新hash

    private void rehash() {//清理一次旧的数据expungeStaleEntries();//如果当前size大于3/4的阈值，就进行扩容if (size >= threshold - threshold / 4)resize();}private void resize() {Entry[] oldTab = table;int oldLen = oldTab.length;//将长度扩容到之前的2倍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();//取出ThreadLocal对象if (k == null) {e.value = null; // Help the GC} else {//如果不为空，类似上面的循环，一直找到一个没有使用的位置，在                     空节点上塞入Entryint h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);while (newTab[h] != null)h = nextIndex(h, newLen);newTab[h] = e;count++;}}}setThreshold(newLen);size = count;table = newTab;}复制代码

大部分注释，其实都是根据里面的英文注释翻译过来的，所以想了解的可以静下心来好好的翻一翻源码，相信我，你会有意外的收获。

Get方法

   public T get() {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);//通过当前线程，获取ThreadLocalMap，如果不为空，返回value，否则走初始化流程if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}return setInitialValue();}private T setInitialValue() {T value = initialValue();Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;}void createMap(Thread t, T firstValue) {t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {//初始化，设置阈值位int值16table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];//计算数组下标int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);size = 1;setThreshold(INITIAL_CAPACITY);}//阈值设置为容量的*2/3，即负载因子为2/3，超过就进行再哈希private void setThreshold(int len) {threshold = len * 2 / 3;}
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从当前线程中获取ThreadLocalMap，查询当前ThreadLocal变量实例对应的Entry，如果不为null,获取value,否则进入初始化
初始化，设置数组初始长度，阈值等等参数

总结

ThreadLocal内部维护ThreadLocalMap，功能大致类似于HashMap，内部静态Entry类，key是ThreadLocal对象本身，value是传递来的对象，真正实现结构是数组，不断的扩容插入数据。
ThreadLocal解决线程局部变量统一定义问题，并不是用来用来解决线程安全问题的，因为本身就是多线程不共享的，是不存在同步竞争的关系的，保证线程本地变量且只能单个线程内维护使用
本文只给出了大概代码，主要看ThreadLocalMap类代码，内部如何实现了一套定制的线性探测hash表以及高效的垃圾清理机制
对于Hash冲突，也就是当经历过hash计算出下标，发现位置上是有人的，ThreadLocalMap和HashMap的处理方式有所不同：
- ThreadLocalMap：比较直接简单，如果发生冲突，将下标i加1，不断的进行遍历整个数组，找到空的位置放置数据，同时计算当前size是否超过阈值，如果超过，就扩容，每次扩容成之前的2倍。
- HashMap：JDK1.8之前内部是数组+链表实现的，1.8是数组+红黑树，这里说链表的实现方式，JDK1.8源码还没有详细读过，链表的话，遍历链表，看是否有key相同的节点，有则更新value值，没有则新建节点，此时若链表数量大于阀值8，就进行扩容，由于hash的平均性，这样的效率明显会比ThreadLocalMap高不少，有兴趣可以看下这篇文章，你想要的HashMap都在这里。

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