JAVA并发-自问自答学ThreadLocalJava 之 ThreadLocal 详解。

前言

ThreadLocal过剩校友还抓不亮堂是什么东西,可以为此来干嘛。但面试时也同时经常问到,所以这次我同大家并学学ThreadLocal这个类。

下我就算盖面试问答的样式上我们的——ThreadLocal类(源码分析基于JDK8)

1. 概念

ThreadLocal
用于提供线程局部变量,在差不多线程环境好保各个线程里之变量独立于外线程里的变量。也就是说
ThreadLocal 可以吗每个线程创建一个【单独的变量副本】,相当给线程的
private static 类型变量。

ThreadLocal
的打算与同机制有些相反:同步机制是为着保多线程环境下多少的一致性;而
ThreadLocal 是保证了大半线程环境下数据的独立性。

问答内容

2. 采取示例

public class ThreadLocalTest {
    private static String strLabel;
    private static ThreadLocal<String> threadLabel = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String... args) {
        strLabel = "main";
        threadLabel.set("main");

        Thread thread = new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                super.run();
                strLabel = "child";
                threadLabel.set("child");
            }

        };

        thread.start();
        try {
            // 保证线程执行完毕
            thread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("strLabel = " + strLabel);
        System.out.println("threadLabel = " + threadLabel.get());
    }
}

运作结果:

strLabel = child
threadLabel = main

于运行结果可以观看,对于 ThreadLocal
类型的变量,在一个线程中安值,不影响其在外线程中之价。也就是说
ThreadLocal 类型的变量的值当每个线程中凡是独自的。

1.

问:ThreadLocal打探也?您能够吃自身说说他的主要用途吗?

答:

  • 从JAVA官方对ThreadLocal看似的证明定义(定义在示范代码中):ThreadLocal类用来提供线程内部的一些变量。这种变量在多线程环境下看(通过getset办法访问)时能确保各个线程的变量相对独立于任何线程内的变量。ThreadLocal实例通常来说都是private static路的,用于关联线程和线程上下文。

  • 咱得以摸清ThreadLocal的来意是:ThreadLocal的企图是供线程内的局部变量,不同之线程之间莫见面互相干扰,这种变量在线程的生命周期内打作用,减少及一个线程内多单函数或机件之间有公变量的传递的复杂度。

  • 上述可以概述为:ThreadLocal提供线程内部的局部变量,在本线程内随时随地可取,隔离其他线程。

以身作则代码:

/**
 * 该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。 这些变量不同于它们的普通对应物,
 * 因为访问某个变量(通过其 get 或 set 方法)的每个线程都有自己的局部变量
 * 它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段
 * 它们希望将状态与某一个线程(例如,用户 ID 或事务 ID)相关联。
 *
 * 例如,以下类生成对每个线程唯一的局部标识符。
 * 
 * 线程 ID 是在第一次调用 UniqueThreadIdGenerator.getCurrentThreadId() 时分配的,
 * 在后续调用中不会更改。
 * <pre>
 * import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
 *
 * public class ThreadId {
 *     // 原子性整数,包含下一个分配的线程Thread ID 
 *     private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
 *
 *     // 每一个线程对应的Thread ID
 *     private static final ThreadLocal<Integer> threadId =
 *         new ThreadLocal<Integer>() {
 *             @Override protected Integer initialValue() {
 *                 return nextId.getAndIncrement();
 *         }
 *     };
 *
 *     // 返回当前线程对应的唯一Thread ID, 必要时会进行分配
 *     public static int get() {
 *         return threadId.get();
 *     }
 * }
 * </pre>
 * 每个线程都保持对其线程局部变量副本的隐式引用,只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的
 * 在线程消失之后,其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收,(除非存在对这些副本的其他引用)。
 *
 * @author  Josh Bloch and Doug Lea
 * @since   1.2
 */
public class ThreadLocal<T> {
·····
   /**
     * 自定义哈希码(仅在ThreadLocalMaps中有用)
     * 可用于降低hash冲突
     */
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

    /**
     * 生成下一个哈希码hashCode. 生成操作是原子性的. 从0开始
     * 
     */
    private static AtomicInteger nextHashCode =
        new AtomicInteger();


    /**
     * 表示了连续分配的两个ThreadLocal实例的threadLocalHashCode值的增量 
     */
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;


    /**
     * 返回下一个哈希码hashCode
     */
    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }
·····

}
  • 其中nextHashCode()方式就是一个原子类不停止地去加上0x61c88647,这是一个很特别之屡屡,叫斐波那么契散列(Fibonacci
    Hashing),斐波那么契又起一个名号被黄金分割,也就是说将这数作为哈希值的增量将见面如哈希表的分布更为均匀。

3. ThreadLocal 实现

ThreadLocal 是怎样保证其价值当一一线程中凡独的为?下面分析下 ThreadLocal
的落实。

ThreadLocal 是构造函数只是一个粗略的无参构造函数,并且没有其它实现。

2.

问:ThreadLocal心想事成原理是什么,它是哪些就有变量不同之线程之间不见面互相干扰的?

答:

  • 一般而言,如果本身无错过看源代码的话,我猜ThreadLocal是这样子设计之:每个ThreadLocal恍如都创造一个Map,然后据此线程的ID
    threadID作为Mapkey,要存储的部分变量作为Mapvalue,这样虽可知及各个线程的价值隔离的成效。这是绝简便易行的计划方式,JDK最早期的ThreadLocal就算是这么设计之。

  • 唯独,JDK后面优化了设计方案,现时JDK8
    ThreadLocal的计划性是:每个Thread保安一个ThreadLocalMap哈希表,这个哈希表的keyThreadLocal实例本身,value才是当真使存储的价Object

  • 这个企划以及我们同开始说的筹划刚好相反,这样设计有如下几触及优势:

    1)
    这样设计下每个Map存储的Entry数码就是会见变多少,因为前面的储存数量由Thread的数控制,现在是出于ThreadLocal的数码控制。

    2)
    Thread销毁后,对应的ThreadLocalMap也会见随着销毁,能压缩内存的应用。

ThreadLocal引用关系图- 图片来源于于《简书 –
对ThreadLocal实现原理的某些心想》

上述解释根本参考自:ThreadLocal和synchronized的区别?

3.1 set(T value) 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);
}

set(T value) 方法被,首先得到当前线程,然后在获得到目前线程的
ThreadLocalMap,如果 ThreadLocalMap 不也 null,则以 value 保存到
ThreadLocalMap 中,并因此时 ThreadLocal 作为 key;否则创建一个
ThreadLocalMap 并被到眼前线程,然后保留 value。

ThreadLocalMap 相当给一个 HashMap,是实在保存值的地方。

3.

问问:您会说说ThreadLocal常用操作的平底实现原理为?如存储set(T value),获取get(),删除remove()等操作。

答:

  • 调用get()操作获取ThreadLocal被针对该前线程存储的值时,进行了如下操作:

    1 )
    获取当前线程Thread对象,进而获得之线程对象被保障的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断当前的ThreadLocalMap是不是有:

  • 假如是,则为目前底ThreadLocal
    key,调用ThreadLocalMap中的getEntry计获得相应的蕴藏实体
    e。找到相应的储存实体 e,获取存储实体 e 对应之
    value值,即为咱怀念如果的此时此刻线程对承诺之ThreadLocal的价值,返回结果值。

  • 设不存在,则证实这个线程没有保护的ThreadLocalMap对象,调用setInitialValue措施进行初始化。返回setInitialValue初始化的价值。

  • setInitialValue方式的操作如下:

    1 ) 调用initialValue获得初始化的值。

    2 )
    获取当前线程Thread目标,进而获取之线程对象吃保护的ThreadLocalMap对象。

    3 ) 判断时之ThreadLocalMap是不是有:

  • 假如在,则调用map.set安这个实体entry

  • 假定未存在,则调用createMap进行ThreadLocalMap目标的初始化,并将此实体entry用作第一个价存放到ThreadLocalMap中。

PS:关于ThreadLocalMap对应之系操作,放在下一个题材详细说明。

演示代码:

    /**
     * 返回当前线程对应的ThreadLocal的初始值
     * 此方法的第一次调用发生在,当线程通过{@link #get}方法访问此线程的ThreadLocal值时
     * 除非线程先调用了 {@link #set}方法,在这种情况下,
     * {@code initialValue} 才不会被这个线程调用。
     * 通常情况下,每个线程最多调用一次这个方法,
     * 但也可能再次调用,发生在调用{@link #remove}方法后,
     * 紧接着调用{@link #get}方法。
     *
     * <p>这个方法仅仅简单的返回null {@code null};
     * 如果程序员想ThreadLocal线程局部变量有一个除null以外的初始值,
     * 必须通过子类继承{@code ThreadLocal} 的方式去重写此方法
     * 通常, 可以通过匿名内部类的方式实现
     *
     * @return 当前ThreadLocal的初始值
     */
    protected T initialValue() {
        return null;
    }

    /**
     * 创建一个ThreadLocal
     * @see #withInitial(java.util.function.Supplier)
     */
    public ThreadLocal() {
    }

    /**
     * 返回当前线程中保存ThreadLocal的值
     * 如果当前线程没有此ThreadLocal变量,
     * 则它会通过调用{@link #initialValue} 方法进行初始化值
     *
     * @return 返回当前线程对应此ThreadLocal的值
     */
    public T get() {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null) {
            // 以当前的ThreadLocal 为 key,调用getEntry获取对应的存储实体e
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            // 找到对应的存储实体 e 
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                // 获取存储实体 e 对应的 value值
                // 即为我们想要的当前线程对应此ThreadLocal的值
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        // 如果map不存在,则证明此线程没有维护的ThreadLocalMap对象
        // 调用setInitialValue进行初始化
        return setInitialValue();
    }

    /**
     * set的变样实现,用于初始化值initialValue,
     * 用于代替防止用户重写set()方法
     *
     * @return the initial value 初始化后的值
     */
    private T setInitialValue() {
        // 调用initialValue获取初始化的值
        T value = initialValue();
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1)当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2)则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3)并将此实体entry作为第一个值存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
        // 返回设置的值value
        return value;
    }

    /**
     * 获取当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
     * 
     * @param  t the current thread 当前线程
     * @return the map 对应维护的ThreadLocalMap 
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
  • 调用set(T value)操作设置ThreadLocal中针对该前线程要存储的值时,进行了如下操作:

    1 )
    获取当前线程Thread靶,进而获得之线程对象被保障的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断时的ThreadLocalMap是不是留存:

  • 如若是,则调用map.set安装这个实体entry

  • 设若非有,则调用createMap进行ThreadLocalMap靶的初始化,并以这个实体entry当第一只价存放到ThreadLocalMap中。

演示代码:

    /**
     * 设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     * 大多数子类都不需要重写此方法,
     * 只需要重写 {@link #initialValue}方法代替设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     *
     * @param value 将要保存在当前线程对应的ThreadLocal的值
     *  
     */
    public void set(T value) {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1)当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2)则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3)并将此实体entry作为第一个值存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
    }

    /**
     * 为当前线程Thread 创建对应维护的ThreadLocalMap. 
     *
     * @param t the current thread 当前线程
     * @param firstValue 第一个要存放的ThreadLocal变量值
     */
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
  • 调用remove()操作删除ThreadLocal中针对应当前线程已囤积的价值经常,进行了之类操作:

    1 )
    获取当前线程Thread对象,进而赢得这线程对象被维护的ThreadLocalMap对象。

    2 ) 判断当前的ThreadLocalMap是否是,
    如果存在,则调用map.remove,以当前ThreadLocalkey删除相应之实体entry

  • 以身作则代码:

    /**
     * 删除当前线程中保存的ThreadLocal对应的实体entry
     * 如果此ThreadLocal变量在当前线程中调用 {@linkplain #get read}方法
     * 则会通过调用{@link #initialValue}进行再次初始化,
     * 除非此值value是通过当前线程内置调用 {@linkplain #set set}设置的
     * 这可能会导致在当前线程中多次调用{@code initialValue}方法
     *
     * @since 1.5
     */
     public void remove() {
        // 获取当前线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
        // 如果此map存在
         if (m != null)
            // 存在则调用map.remove
            // 以当前ThreadLocal为key删除对应的实体entry
             m.remove(this);
     }

3.2 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();
}

无异于的,在 get() 方法中呢会落到即线程的 ThreadLocalMap,如果
ThreadLocalMap 不也 null,则把获得 key 为目前 ThreadLocal 的价;否则调用
setInitialValue() 方法返回初起值,并保存至新创办的 ThreadLocalMap 中。

4.

问:对ThreadLocal的常用操作实际是对准线程Thread中的ThreadLocalMap开展操作,核心是ThreadLocalMap斯哈希表,你会讨论ThreadLocalMap的中底层实现吗?

答:

  • ThreadLocalMap的底色实现是一个定制的自定义HashMap哈希表,核心组成元素来:

    1 ) Entry[] table;:底层哈希表 table,
    必要经常索要进行扩容,底层哈希表 table.length 长度要是2底n次方。

    2 ) int size;:实际存储键值对素个数 entries

    3 ) int threshold;:下一致软扩容时的阈值,阈值 threshold =
    底层哈希表table的长
    len * 2 / 3。当size >= threshold时,遍历table并删除keynull的元素,如果去后size >= threshold*3/4时,需要对table开展扩容(详情请查看set(ThreadLocal<?> key, Object value)方法求证)。

  • 其中Entry[] table;哈希表存储的着力要素是EntryEntry包含:

    1 ) ThreadLocal<?> k;:当前储存的ThreadLocal实例对象

    2 ) Object value;:当前 ThreadLocal 对应储存的值value

  • 内需专注的凡,此Entry持续了身故引用
    WeakReference,所以当采用ThreadLocalMap时,发现key == null,则代表这个key ThreadLocal免在被引述,需要用那自ThreadLocalMap哈希表中移除。(弱引用相关题材解释请查看
    问答 5)

示范代码:

    /**
     * ThreadLocalMap 是一个定制的自定义 hashMap 哈希表,只适合用于维护
     * 线程对应ThreadLocal的值. 此类的方法没有在ThreadLocal 类外部暴露,
     * 此类是私有的,允许在 Thread 类中以字段的形式声明 ,     
     * 以助于处理存储量大,生命周期长的使用用途,
     * 此类定制的哈希表实体键值对使用弱引用WeakReferences 作为key, 
     * 但是, 一旦引用不在被使用,
     * 只有当哈希表中的空间被耗尽时,对应不再使用的键值对实体才会确保被 移除回收。
     */
    static class ThreadLocalMap {

        /**
         * 实体entries在此hash map中是继承弱引用 WeakReference, 
         * 使用ThreadLocal 作为 key 键.  请注意,当key为null(i.e. entry.get()
         * == null) 意味着此key不再被引用,此时实体entry 会从哈希表中删除。
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** 当前 ThreadLocal 对应储存的值value. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

        /**
         * 初始容量大小 16 -- 必须是2的n次方.
         */
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        /**
         * 底层哈希表 table, 必要时需要进行扩容.
         * 底层哈希表 table.length 长度必须是2的n次方.
         */
        private Entry[] table;

        /**
         * 实际存储键值对元素个数 entries.
         */
        private int size = 0;

        /**
         * 下一次扩容时的阈值
         */
        private int threshold; // 默认为 0

        /**
         * 设置触发扩容时的阈值 threshold
         * 阈值 threshold = 底层哈希表table的长度 len * 2 / 3
         */
        private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
        }

        /**
         * 获取该位置i对应的下一个位置index
         */
        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }

        /**
         * 获取该位置i对应的上一个位置index
         */
        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
        }

    }
  • ThreadLocalMap的构造方法是缓加载的,也就是说,只有当线程需要仓储对应之ThreadLocal的价值时,才初始化创建同糟糕(仅初始化一蹩脚)。初始化步骤如下:

    1) 初始化底层数组table的发端容量为 16。

    2)
    获取ThreadLocal中的threadLocalHashCode,通过threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1),即ThreadLocal
    的 hash 值 threadLocalHashCode % 哈希表的长短 length
    的法计算该实体的仓储位置。

    3) 存储时的实业,key 为 : 当前ThreadLocal value:真正要存储的值

    4)设置当前其实存储元素个数 size 为 1

    5)设置阈值setThreshold(INITIAL_CAPACITY),为初始化容量 16 的
    2/3。

以身作则代码:

        /**
         * 用于创建一个新的hash map包含 (firstKey, firstValue).
         * ThreadLocalMaps 构造方法是延迟加载的,所以我们只会在至少有一个
         * 实体entry存放时,才初始化创建一次(仅初始化一次)。
         */
        ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            // 初始化 table 初始容量为 16
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            // 计算当前entry的存储位置
            // 存储位置计算等价于:
            // ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode  % 哈希表的长度 length
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            // 存储当前的实体,key 为 : 当前ThreadLocal  value:真正要存储的值
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            // 设置当前实际存储元素个数 size 为 1
            size = 1;
            // 设置阈值,为初始化容量 16 的 2/3。
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }
  • ThreadLocalget()操作实际是调用ThreadLocalMapgetEntry(ThreadLocal<?> key)方法,此办法迅速适用于得有平存在key的实体
    entry,否则,应该调用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)术获得,这样做是为着最深范围地增长直接命中之属性,该办法进行了如下操作:

    1 )
    计算而博的entry的仓储位置,存储位置计算等价于:ThreadLocal
    hashthreadLocalHashCode % 哈希表的长短 length

    2 ) 根据测算的积存位置,获取到对应之实业
    Entry。判断相应实体Entry是否有 并且 key是不是当:

  • 存对应实体Entry并且对应key相等,即同一ThreadLocal,返回对应之实业Entry

  • 非在对应实体Entry 或者
    key匪抵,则通过调用getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)术继续寻找。

  • getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e)道操作如下:

    1 )
    获取底层哈希表数组table,循环遍历对承诺设摸的实业Entry所涉的职位。

    2 ) 获取当前遍历的entry
    key ThreadLocal,比较key是否同样,一致则赶回。

    3 ) 如果key不一致 并且 key
    null,则说明引用已经不在,这是以Entry此起彼伏的凡WeakReference,这是去世引用带来的坑。调用expungeStaleEntry(int staleSlot)方法去过期的实体Entry(此方式不单独解释,请查看示例代码,有详实注解说明)。

    4 ) key不一致 ,key否未为空,则遍历下一个职务,继续找。

    5 ) 遍历完毕,仍然找不交则赶回null

示范代码:

        /**
         * 根据key 获取对应的实体 entry.  此方法快速适用于获取某一存在key的
         * 实体 entry,否则,应该调用getEntryAfterMiss方法获取,这样做是为
         * 了最大限制地提高直接命中的性能
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @return the entry 对应key的 实体entry, 如果不存在,则返回null
         */
        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            // 计算要获取的entry的存储位置
            // 存储位置计算等价于:
            // ThreadLocal 的 hash 值 threadLocalHashCode  % 哈希表
            的长度 length
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
            // 获取到对应的实体 Entry 
            Entry e = table[i];
            // 存在对应实体并且对应key相等,即同一ThreadLocal
            if (e != null && e.get() == key)
                // 返回对应的实体Entry 
                return e;
            else
                // 不存在 或 key不一致,则通过调用getEntryAfterMiss继续查找
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);
        }

        /**
         * 当根据key找不到对应的实体entry 时,调用此方法。
         * 直接定位到对应的哈希表位置
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @param  i 此对象在哈希表 table中的存储位置 index
         * @param  e the entry 实体对象
         * @return the entry 对应key的 实体entry, 如果不存在,则返回null
         */
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            // 循环遍历当前位置的所有实体entry
            while (e != null) {
                // 获取当前entry 的 key ThreadLocal
                ThreadLocal<?> k = e.get();
               // 比较key是否一致,一致则返回
                if (k == key)
                    return e;
                // 找到对应的entry ,但其key 为 null,则证明引用已经不存在
                // 这是因为Entry继承的是WeakReference,这是弱引用带来的坑
                if (k == null)
                    // 删除过期(stale)的entry
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    // key不一致 ,key也不为空,则遍历下一个位置,继续查找
                    i = nextIndex(i, len);
                // 获取下一个位置的实体 entry
                e = tab[i];
            }
            // 遍历完毕,找不到则返回null
            return null;
        }


        /**
         * 删除对应位置的过期实体,并删除此位置后对应相关联位置key = null的实体
         *
         * @param staleSlot 已知的key = null 的对应的位置索引
         * @return 对应过期实体位置索引的下一个key = null的位置
         * (所有的对应位置都会被检查)
         */
        private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;

            // 擦除这个位置上的脏数据
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = null;
            size--;

            // 直到我们找到 Entry e = null,才执行rehash操作
            // 就是遍历完该位置的所有关联位置的实体
            Entry e;
            int i;
            // 查找该位置对应所有关联位置的过期实体,进行擦除操作
            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);
                    if (h != i) {
                        tab[i] = null;

                        // 我们必须一直遍历直到最后
                        // 因为还可能存在多个过期的实体
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    }
                }
            }
            return i;
        }

        /**
         * 删除所有过期的实体
         */
        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);
            }
        }
  • ThreadLocalset(T value)操作实际是调用ThreadLocalMapset(ThreadLocal<?> key, Object value)方,该办法进行了如下操作:

    1 ) 获取相应的平底哈希表table,计算对应threalocal的储存位置。

    2 ) 循环遍历table针对该位置的实业,查找对应之threadLocal

    3 )
    获取当前职的threadLocal,如果key threadLocal同一,则印证找到相应之threadLocal,将新值赋值给找到的脚下实体Entryvalue中,结束。

    4 )
    如果手上职务的key threadLocal不一致,并且key threadLocalnull,则调用replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,int staleSlot)艺术(此方式无独立解释,请查看示例代码,有详尽注解说明),替换该职位key == null
    的实业为当下一经设置的实业,结束。

    5 )
    如果手上职的key threadLocal不一致,并且key threadLocal不为null,则开创新的实业,并存放到当下位置
    i
    tab[i] = new Entry(key, value);,实际存储键值对素个数size + 1,由于弱引用带来了是问题,所以要调用cleanSomeSlots(int i, int n)术清除无用数据(此方法不单独解释,请查看示例代码,有详实注解说明),才会看清现在之size起没有发生高达阀值threshhold,如果没如果铲除的数据,存储元素个数仍然
    大于 阈值
    则调用rehash道开展扩容(此方式不单独解释,请查看示例代码,有详实注解说明)。

示范代码:

        /**
         * 设置对应ThreadLocal的值
         *
         * @param key 当前thread local 对象
         * @param value 要设置的值
         */
        private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            // 我们不会像get()方法那样使用快速设置的方式,
            // 因为通常很少使用set()方法去创建新的实体
            // 相对于替换一个已经存在的实体, 在这种情况下,
            // 快速设置方案会经常失败。

            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            // 计算对应threalocal的存储位置
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            // 循环遍历table对应该位置的实体,查找对应的threadLocal
            for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                // 获取当前位置的ThreadLocal
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                // 如果key threadLocal一致,则证明找到对应的threadLocal
                if (k == key) {
                    // 赋予新值
                    e.value = value;
                    // 结束
                    return;
                }
                // 如果当前位置的key threadLocal为null
                if (k == null) {
                    // 替换该位置key == null 的实体为当前要设置的实体
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    // 结束
                    return;
                }
            }
            // 当前位置的k != key  && k != null
            // 创建新的实体,并存放至当前位置i
            tab[i] = new Entry(key, value);
            // 实际存储键值对元素个数 + 1
            int sz = ++size;
            // 由于弱引用带来了这个问题,所以先要清除无用数据,才能判断现在的size有没有达到阀值threshhold
            // 如果没有要清除的数据,存储元素个数仍然 大于 阈值 则扩容
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                // 扩容
                rehash();
        }

        /**
         * 当执行set操作时,获取对应的key threadLocal,并替换过期的实体
         * 将这个value值存储在对应key threadLocal的实体中,无论是否已经存在体
         * 对应的key threadLocal
         *
         * 有一个副作用, 此方法会删除该位置下和该位置nextIndex对应的所有过期的实体
         *
         * @param  key 当前thread local 对象
         * @param  value 当前thread local 对象对应存储的值
         * @param  staleSlot 第一次找到此过期的实体对应的位置索引index
         *         .
         */
        private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,
                                       int staleSlot) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            Entry e;

            // 往前找,找到table中第一个过期的实体的下标
            // 清理整个table是为了避免因为垃圾回收带来的连续增长哈希的危险
            // 也就是说,哈希表没有清理干净,当GC到来的时候,后果很严重

            // 记录要清除的位置的起始首位置
            int slotToExpunge = staleSlot;
            // 从该位置开始,往前遍历查找第一个过期的实体的下标
            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = prevIndex(i, len))
                if (e.get() == null)
                    slotToExpunge = i;

            // 找到key一致的ThreadLocal或找到一个key为 null的
            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                // 如果我们找到了key,那么我们就需要把它跟新的过期数据交换来保持哈希表的顺序
                // 那么剩下的过期Entry呢,就可以交给expungeStaleEntry方法来擦除掉
                // 将新设置的实体放置在此过期的实体的位置上
                if (k == key) {
                    // 替换,将要设置的值放在此过期的实体中
                    e.value = value;
                    tab[i] = tab[staleSlot];
                    tab[staleSlot] = e;

                    // 如果存在,则开始清除之前过期的实体
                    if (slotToExpunge == staleSlot)
                        slotToExpunge = i;
                    // 在这里开始清除过期数据
                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
                    return;
                }

                // / 如果我们没有在往后查找中找没有找到过期的实体,
                // 那么slotToExpunge就是第一个过期Entry的下标了
                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
                    slotToExpunge = i;
            }

            // 最后key仍没有找到,则将要设置的新实体放置
            // 在原过期的实体对应的位置上。
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

            // 如果该位置对应的其他关联位置存在过期实体,则清除
            if (slotToExpunge != staleSlot)
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
        }


        /**
         * 启发式的扫描查找一些过期的实体并清除,
         * 此方法会再添加新实体的时候被调用, 
         * 或者过期的元素被清除时也会被调用.
         * 如果实在没有过期数据,那么这个算法的时间复杂度就是O(log n)
         * 如果有过期数据,那么这个算法的时间复杂度就是O(n)
         * 
         * @param i 一个确定不是过期的实体的位置,从这个位置i开始扫描
         *
         * @param n 扫描控制: 有{@code log2(n)} 单元会被扫描,
         * 除非找到了过期的实体, 在这种情况下
         * 有{@code log2(table.length)-1} 的格外单元会被扫描.
         * 当调用插入时, 这个参数的值是存储实体的个数,
         * 但如果调用 replaceStaleEntry方法, 这个值是哈希表table的长度
         * (注意: 所有的这些都可能或多或少的影响n的权重
         * 但是这个版本简单,快速,而且似乎执行效率还可以)
         *
         * @return true 返回true,如果有任何过期的实体被删除。
         */
        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];
                if (e != null && e.get() == null) {
                    n = len;
                    removed = true;
                    i = expungeStaleEntry(i);
                }
            } while ( (n >>>= 1) != 0);
            return removed;
        }


        /**
         * 哈希表扩容方法
         * 首先扫描整个哈希表table,删除过期的实体
         * 缩小哈希表table大小 或 扩大哈希表table大小,扩大的容量是加倍.
         */
        private void rehash() {
            // 删除所有过期的实体
            expungeStaleEntries();

            // 使用较低的阈值threshold加倍以避免滞后
            // 存储实体个数 大于等于 阈值的3/4则扩容
            if (size >= threshold - threshold / 4)
                resize();
        }

        /**
         * 扩容方法,以2倍的大小进行扩容
         * 扩容的思想跟HashMap很相似,都是把容量扩大两倍
         * 不同之处还是因为WeakReference带来的
         */
        private void resize() {
            // 记录旧的哈希表
            Entry[] oldTab = table;
            // 记录旧的哈希表长度
            int oldLen = oldTab.length;
            // 新的哈希表长度为旧的哈希表长度的2倍
            int newLen = oldLen * 2;
            // 创建新的哈希表
            Entry[] newTab = new Entry[newLen];
            int count = 0;
            // 逐一遍历旧的哈希表table的每个实体,重新分配至新的哈希表中
            for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
                // 获取对应位置的实体
                Entry e = oldTab[j];
                // 如果实体不会null
                if (e != null) {
                    // 获取实体对应的ThreadLocal
                    ThreadLocal<?> k = e.get(); 
                    // 如果该ThreadLocal 为 null
                    if (k == null) {
                        // 则对应的值也要清除
                        // 就算是扩容,也不能忘了为擦除过期数据做准备
                        e.value = null; // Help the GC
                    } else {
                        // 如果不是过期实体,则根据新的长度重新计算存储位置
                        int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                       // 将该实体存储在对应ThreadLocal的最后一个位置
                        while (newTab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, newLen);
                        newTab[h] = e;
                        count++;
                    }
                }
            }
            // 重新分配位置完毕,则重新计算阈值Threshold
            setThreshold(newLen);
            // 记录实际存储元素个数
            size = count;
            // 将新的哈希表赋值至底层table
            table = newTab;
        }
  • ThreadLocalremove()操作实际是调用ThreadLocalMapremove(ThreadLocal<?> key)主意,该方式进行了如下操作:

    1 ) 获取相应的底层哈希表 table,计算对应threalocal的存储位置。

    2 ) 循环遍历table针对应该位置的实业,查找对应的threadLocal

    3 )
    获取当前职务的threadLocal,如果key threadLocal一律,则证实找到相应之threadLocal,执行删除操作,删除此职务的实体,结束。

示范代码:

        /**
         * 移除对应ThreadLocal的实体
         */
        private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            // 获取对应的底层哈希表 table
            Entry[] tab = table;
            // 获取哈希表长度
            int len = tab.length;
            // 计算对应threalocal的存储位置
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            // 循环遍历table对应该位置的实体,查找对应的threadLocal
            for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                // 如果key threadLocal一致,则证明找到对应的threadLocal
                if (e.get() == key) {
                    // 执行清除操作
                    e.clear();
                    // 清除此位置的实体
                    expungeStaleEntry(i);
                    // 结束
                    return;
                }
            }
        }

3.3 initialValue() 方法:

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;
}
...

initialValue() 是 ThreadLocal 的初步值,默认返回
null,子类可以又写改措施,用于安装 ThreadLocal 的初始值。

5.

问:ThreadLocalMap吃的贮存实体Entry使用ThreadLocal作为key,但这个Entry大凡接着承弱引用WeakReference的,为什么而这么设计,使用了回老家引用WeakReference会见促成内存泄露问题也?

答:

  • 首先,回答这题目之前,我欲解释一下什么是高引用,什么是物化引用。

我们于正常情形下,普遍使用的是高引用:

A a = new A();

B b = new B();

a = null;b = null;时常,一段时间后,JAVA垃圾回收机制GC会用 a 和 b
对承诺所分配的内存空间给回收。

只是考虑这么平等栽情景:

C c = new C(b);
b = null;

当 b 被装成null时常,那么是否意味这一段时间后GC工作可回收 b
所分配的内存空间呢?答案是否定的,因为纵 b 被装成null,但 c
仍然有着对 b 的援,而且要胜过引用,所以GC不见面回收 b
原先所分配的空中,既无克回收,又非可知采取,这即招致了 内存泄露。

那哪些处理呢?

可以通过c = null;,也可以应用弱引用WeakReference w = new WeakReference(b);。因为用了寿终正寝引用WeakReference,GC是可以回收
b 原先所分配的上空的。

上述解释根本参考自:本着ThreadLocal实现原理的一点盘算

  • 回到ThreadLocal的圈达到,ThreadLocalMap使用ThreadLocal的死亡引用作为key,如果一个ThreadLocal靡外部强引用来引用它,那么网
    GC
    的时刻,这个ThreadLocal得会于回收,这样一来,ThreadLocalMap吃便会见油然而生keynullEntry,就没章程看这些keynullEntryvalue,如果手上线程再缓慢不结以来,这些keynullEntryvalue虽见面直接在一样漫长大引用链:Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value
    永远无法回收,造成内存泄漏。

其实,ThreadLocalMap的统筹被就考虑到这种状况,也丰富了一部分预防章程:在ThreadLocalget(),set(),remove()的时段都见面败线程ThreadLocalMap里所有keynullvalue

然而这些被动之预防措施并无能够保证不会见内存泄漏:

  • 使用staticThreadLocal,延长了ThreadLocal的生命周期,可能造成的内存泄漏(参考ThreadLocal
    内存泄露的实例分析)。

  • 分红使用了ThreadLocal同时不再调用get(),set(),remove()方,那么就算见面招致内存泄漏。

起表上看内存泄漏的来在采用了死亡引用。网上的篇章大都着重分析ThreadLocal采取了已故引用会导致内存泄漏,但是别一个题目呢一致值得沉思:为什么用弱引用而未是青出于蓝引用?

我们事先来探望官方文档的传道:

To help deal with very large and long-lived usages, 
the hash table entries use WeakReferences for keys.

为回好酷以及添加时之用处,哈希表使用弱引用的 key

脚我们分开点儿种植状况讨论:

  • key
    使用高引用:引用的ThreadLocal的对象为回收了,但是ThreadLocalMap还持有ThreadLocal的过人引用,如果没手动删除,ThreadLocal未会见给回收,导致Entry内存泄漏。

  • key
    使用弱引用:引用的ThreadLocal的靶子被回收了,由于ThreadLocalMap持有ThreadLocal的物化引用,即使没手动删除,ThreadLocal否会给回收。value以产一致不行ThreadLocalMap调用get(),set(),remove()的时候会叫破除。

  • 较单薄栽状况,我们好窥见:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread同等长,如果还没有手动删除相应key,都见面促成内存泄漏,但是以弱引用得多同重叠保障:弱引用ThreadLocal不见面内存泄漏,对应之value每当生一致赖ThreadLocalMap调用get(),set(),remove()的时光会被破除。

因此,ThreadLocal内存泄漏的来源于是:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread平等长,如果无手动删除相应key就会见招内存泄漏,而未是坐弱引用。

汇总上面的辨析,我们得以知道ThreadLocal内存泄漏的前因后果,那么怎么避免内存泄漏也?

每次用完毕ThreadLocal,都调用它的remove()艺术,清除数据。

以使用线程池的气象下,没有及时清理ThreadLocal,不仅是内存泄漏的问题,更要紧的是唯恐造成工作逻辑出现问题。所以,使用ThreadLocal就算与加锁完要解锁一样,用了就清理。

上述解释根本参考自:深切剖析 ThreadLocal
内存泄漏问题

3.4 remove() 方法

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

ThreadLocal 还有一个 remove() 方法,用来移除当前 ThreadLocal
对应之价值。同样为是与过手上线程的 ThreadLocalMap 来移除相应的价值。

6.

问:ThreadLocalsynchronized的区别?

答:ThreadLocalsynchronized重中之重字还用于拍卖多线程并发访问变量的题目,只是二者处理问题之角度和思路不同。

  1. ThreadLocal是一个Java类,通过对当前线程中的一对变量的操作来缓解不同线程的变量访问的撞问题。所以,ThreadLocal提供了线程安全之共享对象机制,每个线程都有该副本。

  2. Java中的synchronized举凡一个保留字,它依靠JVM的锁机制来兑现临界区之函数或者变量的访中的原子性。在一起机制中,通过对象的锁机制保证同一时间只发生一个线程访问变量。此时,被作为“锁机制”的变量时差不多单线程共享的。

  3. 联合机制(synchronized重中之重字)采用了坐“时间更换空间”的方式,提供相同客变量,让不同之线程排队访问。而ThreadLocal下了“以空间更换时间”的章程,为各一个线程都提供平等份变量的副本,从而实现而做客使互不影响。

3.5 当前线程的 ThreadLocalMap

以 set,get,initialValue 和 remove
方法吃都见面落到即线程,然后经过时线程获取到 ThreadLocalMap,如果
ThreadLocalMap 为 null,则会创一个 ThreadLocalMap,并给到当前线程。

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

void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
...

好望,每一个线程都见面所有有一个
ThreadLocalMap,用来维护线程本地的价:

public class Thread implements Runnable {
    ...
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ...
}

当利用 ThreadLocal 类型变量进行有关操作时,都见面由此时线程获取到
ThreadLocalMap 来成功操作。每个线程的 ThreadLocalMap
是属于线程自己之,ThreadLocalMap
中维护的价值吗是属线程自己之。这即保险了 ThreadLocal
类型的变量在每个线程中凡独自的,在差不多线程环境下不见面相互影响。

7.

问:ThreadLocal以现今生啊用场景?

报经:总的来说ThreadLocal重中之重是解决2种档次的问题:

  • 化解出现问题:使用ThreadLocal代替synchronized来保管线程安全。同步机制以了“以日变空间”的法,而ThreadLocal采用了“以空间更换时间”的艺术。前者只提供相同卖变量,让不同的线程排队访问,而后者也各一个线程都提供了一如既往客变量,因此好又做客使互不影响。

  • 缓解数量存储问题:ThreadLocal为变量在每个线程中都创了一个副本,所以每个线程可以看自己内部的副本变量,不同线程之间莫见面互相干扰。如一个Parameter目标的数据要以差不多单模块中使,如果运用参数传递的主意,显然会多模块之间的耦合性。此时我们得运用ThreadLocal解决。

运场景:

Spring使用ThreadLocal釜底抽薪线程安全题材

  • 我们领略当形似景象下,只有无状态的Bean才足以当差不多线程环境下共享,在Spring遭受,绝大部分Bean都得以声明也singleton作用域。就是坐Spring对一些Bean(如RequestContextHolderTransactionSynchronizationManagerLocaleContextHolder相当)中非线程安全状态下ThreadLocal进展拍卖,让其啊成为线程安全之状态,因为来状态的Bean即可以当多线程中共享了。

  • 一般的Web使用细分为表现层、服务层和持久层三单层次,在不同之层中编对应的逻辑,下层通过接口向上层开放成效调用。在相似情况下,从接受请求到回响应所经的持有程序调用都和属一个线程ThreadLocal是缓解线程安全题材一个要命好之笔触,它经过也每个线程提供一个独自的变量副本解决了变量并发访问的扑问题。在群气象下,ThreadLocal比直动用synchronized一头机制解决线程安全题材还简短,更有益于,且结果程序有所再胜的并发性。

演示代码:

public abstract class RequestContextHolder  {
····

    private static final boolean jsfPresent =
            ClassUtils.isPresent("javax.faces.context.FacesContext", RequestContextHolder.class.getClassLoader());

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> requestAttributesHolder =
            new NamedThreadLocal<RequestAttributes>("Request attributes");

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> inheritableRequestAttributesHolder =
            new NamedInheritableThreadLocal<RequestAttributes>("Request context");

·····
}

4. ThreadLocalMap

总结

  1. ThreadLocal提供线程内部的有的变量,在本线程内随时随地可取,隔离其他线程。

  2. ThreadLocal的设计是:每个Thread维护一个ThreadLocalMap哈希表,这个哈希表的keyThreadLocal实例本身,value才是确实要存储的价值Object

  3. ThreadLocal的常用操作实际是指向线程Thread中的ThreadLocalMap展开操作。

  4. ThreadLocalMap的底部实现是一个定制的自定义HashMap哈希表,ThreadLocalMap的阈值threshold
    = 底层哈希表table的长度 len * 2 / 3,当实际存储元素个数size
    大于或等 阈值threshold3/4
    size >= threshold*3/4,则针对根哈希表数组table进展扩容操作。

  5. ThreadLocalMap遭到的哈希表Entry[] table仓储的基本因素是Entry,存储的keyThreadLocal实例对象,valueThreadLocal
    对承诺储存的价值value。需要专注的凡,此Entry承了已故引用
    WeakReference,所以于行使ThreadLocalMap时,发现key == null,则表示是key ThreadLocal莫在让引用,需要用那打ThreadLocalMap哈希表中移除。

  6. ThreadLocalMap使用ThreadLocal的故引用作为key,如果一个ThreadLocal未曾外部强引用来引用它,那么网
    GC
    的时候,这个ThreadLocal得会于回收。所以,在ThreadLocalget(),set(),remove()的早晚都见面破线程ThreadLocalMap里所有keynullvalue。如果我们无主动调用上述操作,则会招内存泄露。

  7. 为安全地动ThreadLocal,必须要如每次用完锁就解锁一样,在每次用了ThreadLocal继都要调用remove()来清理无用的Entry。这在操作以动用线程池时尤为重大。

  8. ThreadLocalsynchronized的分别:同步机制(synchronized重要字)采用了盖“时间变空间”的不二法门,提供平等卖变量,让不同之线程排队访问。而ThreadLocal以了“以空间更换时间”的主意,为各级一个线程都提供相同客变量的副本,从而实现又做客使互不影响。

  9. ThreadLocal最主要是缓解2种档次的问题:A.
    解决出现问题:使用ThreadLocal替同步机制解决出现问题。B.
    解决数量存储问题:如一个Parameter靶的数据要以多单模块中行使,如果用参数传递的章程,显然会增多模块之间的耦合性。此时我们好以ThreadLocal解决。

4.1 构造方法

ThreadLocal 中即线程的 ThreadLocalMap 为 null 时见面采用 ThreadLocalMap
的构造方法新建一个 ThreadLocalMap:

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);
}

构造方法中会新建一个累组,并拿以率先糟索要保留之键值存储到一个数组中,完成有初始化工作。

参照文章

深入浅出ThreadLocal
ThreadLocal和synchronized的区别?
深刻剖析ThreadLocal
ThreadLocal内部机制
聊一聊Spring中的线程安全性
本着ThreadLocal实现原理的少数思索
深入解析 ThreadLocal
内存泄漏问题
上Spring必学的Java基础知识(6)—-ThreadLocal
ThreadLocal设计模式
ThreadLocal案例解析
Spring单例模式及线程安全ThreadLocal

4.2 存储结构

ThreadLocalMap
内部维护了一个哈希表(数组)来囤积数据,并且定义了加载因子:

// 初始容量,必须是 2 的幂
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

// 存储数据的哈希表
private Entry[] table;

// table 中已存储的条目数
private int size = 0;

// 表示一个阈值,当 table 中存储的对象达到该值时就会扩容
private int threshold;

// 设置 threshold 的值
private void setThreshold(int len) {
    threshold = len * 2 / 3;
}

table 是一个 Entry 类型的再三组,Entry 是 ThreadLocalMap 的一个之中类。

4.3 存储对象 Entry

Entry 用于保存一个键值对,其中 key 以弱引用的方式保存:

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

4.4 保存键值对

调用 set(ThreadLocal key, Object value) 方法将数据保存到哈希表中:

private void set(ThreadLocal key, Object value) {

    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    // 计算要存储的索引位置
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

    // 循环判断要存放的索引位置是否已经存在 Entry,若存在,进入循环体
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        ThreadLocal k = e.get();

        // 若索引位置的 Entry 的 key 和要保存的 key 相等,则更新该 Entry 的值
        if (k == key) {
            e.value = value;
            return;
        }

        // 若索引位置的 Entry 的 key 为 null(key 已经被回收了),表示该位置的 Entry 已经无效,用要保存的键值替换该位置上的 Entry
        if (k == null) {
            replaceStaleEntry(key, value, i);
            return;
        }
    }

    // 要存放的索引位置没有 Entry,将当前键值作为一个 Entry 保存在该位置
    tab[i] = new Entry(key, value);
    // 增加 table 存储的条目数
    int sz = ++size;
    // 清除一些无效的条目并判断 table 中的条目数是否已经超出阈值
    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
        rehash(); // 调整 table 的容量,并重新摆放 table 中的 Entry
}

先是用 key(当前 ThreadLocal)的 threadLocalHashCode
来计算而存储的目位置 i。threadLocalHashCode 的值由 ThreadLocal
类管理,每创建一个 ThreadLocal 对象还见面自动生成一个应和的
threadLocalHashCode 值,其落实如下:

// ThreadLocal 对象的 HashCode
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

// 使用 AtomicInteger 保证多线程环境下的同步
private static AtomicInteger nextHashCode =
    new AtomicInteger();

// 每次创建 ThreadLocal 对象是 HashCode 的增量
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

// 计算 ThreadLocal 对象的 HashCode
private static int nextHashCode() {
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

当保存数据时,如果索引位置发生 Entry,且该 Entry 的 key 为
null,那么就见面实行清除无效 Entry 的操作,因为 Entry 的 key
使用的凡死引用的道,key 如果吃回收(即 key 为
null),这时便无法再拜访到 key 对应之 value,需要拿如此的失效 Entry
清除掉来腾出空间。

当调整 table 容量时,也会见优先排无效对象,然后还根据需要扩容。

private void rehash() {
    // 先清除无效 Entry
    expungeStaleEntries();
    // 判断当前 table 中的条目数是否超出了阈值的 3/4
    if (size >= threshold - threshold / 4)
        resize();
}

消无用对象与扩容的法这里虽不再进行说明了。

4.5 获取 Entry 对象

取值是直获得到 Entry 对象,使用 getEntry(ThreadLocal key) 方法:

private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
    // 使用指定的 key 的 HashCode 计算索引位置
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    // 获取当前位置的 Entry
    Entry e = table[i];
    // 如果 Entry 不为 null 且 Entry 的 key 和 指定的 key 相等,则返回该 Entry
    // 否则调用 getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) 方法
    if (e != null && e.get() == key)
        return e;
    else
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

因可能是哈希冲突,key 对应的 Entry 的贮存位置或不在经过 key
计算起底目位置及,也就是说索引位置上之 Entry 不自然是 key 对应的
Entry。所以待调用 getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e)
方法取得。

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    // 索引位置上的 Entry 不为 null 进入循环,为 null 则返回 null
    while (e != null) {
        ThreadLocal k = e.get();
        // 如果 Entry 的 key 和指定的 key 相等,则返回该 Entry
        if (k == key)
            return e;
        // 如果 Entry 的 key 为 null (key 已经被回收了),清除无效的 Entry
        // 否则获取下一个位置的 Entry,循环判断
        if (k == null)
            expungeStaleEntry(i);
        else
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;
}

4.6 移除指定的 Entry

private void remove(ThreadLocal key) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    // 使用指定的 key 的 HashCode 计算索引位置
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    // 循环判断索引位置的 Entry 是否为 null
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        // 若 Entry 的 key 和指定的 key 相等,执行删除操作
        if (e.get() == key) {
            // 清除 Entry 的 key 的引用
            e.clear();
            // 清除无效的 Entry
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        }
    }
}

4.7 内存泄漏

在 ThreadLocalMap 的 set(),get() 和 remove() 方法中,都发生消除无效 Entry
的操作,这样做是为降低内存泄漏发生的也许。

Entry 中之 key
使用了已故引用的计,这样做是以降低内存泄漏发生的概率,但未克完全避免内存泄漏。

眼看句话的意好象是矛盾的,下面来分析一下。

若 Entry 的 key 没有应用弱引用的道,而是下了高引用:由于
ThreadLocalMap 的生命周期和目前线程一样长,那么当引用 ThreadLocal
的靶子吃回收后,由于 ThreadLocalMap 还享有 ThreadLocal 和相应 value
的过人引用,ThreadLocal 和对应的 value
是免见面受回收的,这即导致了内存泄漏。所以 Entry 以死引用的方避免了
ThreadLocal 没有吃回收而造成的内存泄漏,但是这 value
仍然是力不从心回收的,依然会促成内存泄漏。

ThreadLocalMap 已经考虑到这种场面,并且产生一对备章程:在调用
ThreadLocal 的 get(),set() 和 remove() 的上都见面破当前线程
ThreadLocalMap 中有所 key 为 null 的
value。这样好降低内存泄漏发生的票房价值。所以我们当以 ThreadLocal
的早晚,每次用完 ThreadLocal 都调用 remove()
方法,清除数据,防止内存泄漏。

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