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ThreadLocal的实现原理的分析介绍(附代码)

不言
发布: 2019-02-16 13:37:47
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本篇文章给大家带来的内容是关于threadlocal的实现原理的分析介绍(附代码),有一定的参考价值,有需要的朋友可以参考一下,希望对你有所帮助。

ThreadLocal,即线程局部变量,用来为每一个使用它的线程维护一个独立的变量副本。这种变量只在线程的生命周期内有效。并且与锁机制那种以时间换取空间的做法不同,ThreadLocal没有任何锁机制,它以空间换取时间的方式保证变量的线程安全。

本篇从源码方面分析ThreadLocal的实现原理。

先看一下ThreadLocal类图结构

  

SuppliedThreadLocal主要是JDK1.8用来扩展对Lambda表达式的支持,有兴趣的自行百度。

ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类,也是实际保存变量的类。

Entry是ThreadLocalMap的静态内部类。ThreadLocalMap持有一个Entry数组,以ThreadLocal为key,变量为value,封装一个Entry。

下面以一张图简要说明Thread,ThreadLocal,ThreadLocalMap和Entry的关系。

  

说明一下上图:

  1. 一个Thread拥有一个ThreadLocalMap对象

  2. ThreadLocalMap拥有一个Entry数组

  3. 每个Entry都有k--v

  4. Entry的key就是某个具体的ThreadLocal对象

下面分析主要方法。

1、set()

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }
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这里可以看出:一个Thread只拥有一个ThreadLocalMap对象;具体存值调用的是ThreadLocalMap的set(),传入的参数key就是当前ThreadLocal对象。

再看看ThreadLocalMap的set()方法:

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); // 1

            for (Entry e = tab[i];  // 2
                 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); // 3
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) // 4
                rehash();
        }
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  1. 通过key的hashCode与数组容量 -1 取模,计算数组index

  2. 从当前index开始遍历,清除key为null的无效Entry

  3. 将K-V封装为Entry,并放入数组

  4. 判断是否需要进行Entry数组扩容。threshold的值为数组容量的2/3。

  看看扩容的resize()方法:

private void resize() {
            Entry[] oldTab = table;
            int oldLen = oldTab.length;
            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();
                    if (k == null) {
                        e.value = null; // Help the GC
                    } else {
                        int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                        while (newTab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, newLen);
                        newTab[h] = e;
                        count++;
                    }
                }
            }

            setThreshold(newLen);
            size = count;
            table = newTab;
        }
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这里主要就是扩容为原先的2倍。然后遍历旧数组,根据新数组容量重新计算Entry在新数组中的位置。

2、get()

ThreadLocal的get()方法如下:

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();
    }
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ThreadLocalMap的getEntry()方法如下:

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1); // 1
            Entry e = table[i];
            if (e != null && e.get() == key) // 2
                return e;
            else
                return getEntryAfterMiss(key, i, e); //3
        }

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

            while (e != null) { //4
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key)
                    return e;
                if (k == null)
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    i = nextIndex(i, len);
                e = tab[i];
            }
            return null;
        }
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  1. 计算index

  2. 当前index上的Entry不为空且key相同,直接返回

  3. 否则去相邻index寻找

  4. 循环查找,发现无效key就清除。找到就结束循环。

3、remove()

public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }
private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            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)]) {
                if (e.get() == key) {
                    e.clear();
                    expungeStaleEntry(i);
                    return;
                }
            }
        }
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处理方式和查找保存类似,删除对应Entry后都会去除key为null的无效元素。

注意

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {}
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ThreadLocal可能存在OOM问题。因为ThreadLocalMap是使用ThreadLocal的弱引用作为key的,发生GC时,key被回收,这样我们就无法访问key为null的value元素,如果value本身是较大的对象,那么线程一直不结束的话,value就一直无法得到回收。特别是在我们使用线程池时,线程是复用的,不会杀死线程,这样ThreadLocal弱引用被回收时,value不会被回收。

在使用ThreadLocal时,线程逻辑代码结束时,必须显示调用ThreadLocal.remove()方法。

以上就是ThreadLocal的实现原理的分析介绍(附代码)的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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