认识了解ThreadLocal

说在前面

ThreadLocal用来提供线程级别变量，变量只对当前线程可见。相比与 “使用锁控制共享变量访问顺序” 的解决方案。ThreadLocal通过空间换时间的方案，规避了竞争问题，因为每个线程都有属于自己的变量。

此时就产生了第一个问题：线程如何维护属于自己的变量副本，搞懂了这个也就搞懂了其原理。

源码分析

一、首先看下 Thread 类

public class Thread implements Runnable {
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
  ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

Thread中有一个 threadLocals 属性表示线程的本地变量。这个属性的类型是 ThreadLocal.ThreadLocalMap

二、ThreadLocalMap 是啥？

ThreadLocalMap是 ThreadLocal的内部类，他是类 Map结构，也是存储 K-V结构数据，并用 Entry封装 K-V。不同的是 ThreadLocalMap的 Entry的 Key只能是 ThreadLocal类型对象，并且是一个弱引用。

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }

也就是说线程通过一个类 Map 数据结构 ThreadLocal.ThreadLocalMap 来存储属于自己的线程变量。

ThreadLocal.ThreadLocalMap 何时初始化？
ThreadLocal.ThreadLocalMap 如何存取值？

三、ThreadLocal 本尊

ThreadLocalMap赋值、取值操作的入口在其外部类 ThreadLocal中。

set(v)方法内调用 ThreadLocalMap 的 set(this,v)方法存值。（类似 Map的 put(k,v)方法）

public void set(T value) {
    //1. 获取当前线程实例对象
    Thread t = Thread.currentThread();
    //2. 通过当前线程实例获取到ThreadLocalMap对象
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        //3. 如果Map不为null,则以当前threadLocl实例为key,值为value进行存入
        map.set(this, value);
    else
        //4.map为null,则新建ThreadLocalMap并存入value
        createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

get()方法内调用 ThreadLocalMap的 getEntry(this)方法取值（类似 Map的 get(k)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();
}
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;
}
protected T initialValue() {
    return null;
}

通过代码可以看出:

第一次操作线程的 ThreadLocalMap属性时，会初始化一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap， set(v)会存入以参数为 Value的 K/V数据， get()会存入以 null为 value的 K/V数据。
ThreadLocal.ThreadLocalMap 存值操作入口是 ThreadLocal.set(v)方法，并以当前 ThreadLocal变量为 key，参数为 value。
ThreadLocal.ThreadLocalMap 取值操作入口是 ThreadLocal.get(v)方法， key为当前 ThreadLocal 变量。

我们在从代码层面直观的体会这个操作：

ThreadLocal threadLocal1 = new ThreadLocal();
//如果第一次给线程赋值，此处类似
// Map map = new HashMap(); map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")
threadLocal1.set("变量第一次赋值");//类似map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")
threadLocal1.set("变量第二次赋值");//类似map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")
System.out.println(threadLocal1.get());//类似map.get(threadLocal1)
输出：变量第二次赋值

至此线程的本地变量的本质就清晰了。就是 Thread用类似 Map的 ThreadLocal.ThreadLocalMap数据结构来存储以 ThreadLocal类型的变量为 Key的数值，并用 ThreadLocal来存取删，操作 ThreadLocalMap。

当我们定义一个 ThreadLocal变量时，其实就是在定义一个 Key
当我们调用 set(v)方法时，就是以当前 ThreadLocal变量为 key，传入参数为 value，向 ThreadLocal.ThreadLocalMap存数据
当我们调用 get()方法时，就是以当前 ThreadLocal变量为 key，从 ThreadLocal.ThreadLocalMap取对应的数据

扩展

一、ThreadLocalMap 的 Hash 冲突解决办法

采用线性探测的方式，根据 key计算 hash值，如果出现冲突，则向后探测，当到哈希表末尾的时候再从 0 开始，直到找到一个合适的位置。

这种算法也决定了 ThreadLocalMap不适合存储大量数据。

二、ThreadLocalMap 的扩容问题

ThreadLocalMap初始大小为 16，加载因子为 2/3，当 size大于 threshold时，就会进行扩容。

扩容时，新建一个大小为原来数组长度的两倍的数组，然后遍历旧数组中的 entry并将其插入到新的 hash 数组中，在扩容的时候，会把 key为 null的 Entry的 value值设置为 null，以便内存回收，减少内存泄漏问题。

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