java ThreadLocal线程设置私有变量底层源码分析

前面也听说了ThreadLocal来实现高并发，以前都是用锁来实现，看了挺多资料的，发现其实还是区别挺大的（感觉严格来说ThreadLocal并不算高并发的解决方案 ），现在总结一下吧。

高并发中会出现的问题就是线程安全问题，可以说是多个线程对共享资源访问如何处理的问题，处理不当会的话，会出现结果和预期会完全不同。

一般情况下，多个线程访问一个变量都是公用他们的值，不过有时候虽然也是访问共享变量，不过每个线程却需要自己的私有变量。这个时候ThreadLocal就有用武之地了。下面是个ThreadLocal的简单实例：

public class ThreadLocalExample {
    public static void main(String[] args){
        //创建一个ThreadLocal对象
        ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();
        
        //设置主线程私有变量值
        threadLocal.set(100);
        
        //创建一个新线程
        new Thread(new Runnable(){
            public void run(){
                //使用共享变量，设置线程私有变量
                threadLocal.set(50);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get());
            }
        }).start();
        
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get());
    }
}

输出结果：

main:100
Thread-0:50

很神奇，对多个资源之间的共享，又不想他们之间相互影响，所以使用这个是挺不错的。具体应用，spring中应用我记得挺多的，连接数据库的每个连接，还有session的存储。

思考了一下，要我实现的话就用个map来存储，因为这个其实就是键值对，只不过键是线程唯一标识，值就是对应的私有变量。

具体看了源码发现差不多，不过使用内部自己实现的一个ThreadLocalMap类，内部还一个Entry类而且Entry类继承weakRefrence（说实话第一次遇到弱应用，以前只是在jvm那本书学习了下），具体方法如下：

先看下他的set方法吧

public void set(T value) {
    
        Thread t = Thread.currentThread();

        //获得所有线程共享的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);

        //对象已经存在就直接插入键值对
        //不存在就创建然后再插入
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
}

getMap方法的话一个获得所有线程共享的ThreadLocalMap对象如下：

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

然后进入Thread类进去找一下这个容器，找到下面：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

然后创建：

void createMap(Thread t, T firstValue) {
　　　　//创建ThreadLocalMap对象赋给threadLocals
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

至此，ThreadLocal的基本原理就已经很清晰了： 各线程对共享的ThreadLocal实例进行操作，实际上是以该实例为键对内部持有的ThreadLocalMap对象进行操作 。

还有get()方法的话就是利用设置的键进行获取，remove()方法也是，其实和Hashmap差不多不过解决冲突使用的拉链法（对了，下次写一篇HashHap的还有ConcurrentHashMap的话，颇有研究）。这里有个问题就是因为这个ThreadLocalMap是静态的所以在方法区中(jdk8之后为元数据区)，不进行回收的话会造成内存泄漏，而且可能会出现内存溢出，所以使用后记得remove();

基本上其实可以了，不过好奇ThreadLocalMap怎么实现的可以接着往下看，我也好奇，所以也偷偷看了，嘿嘿嘿

那就来分析一下这个ThreadLocalMap这个内部类吧。

ThreadLocalMap属于一个自定义的map，是一个带有hash功能的静态内部类，其实和java.util包下提供的Map类并没有关系。内部有一个静态的Entry类，下面具体分析Entry。

/**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

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

偷了一下官方的解释：

主要是说entry继承自WeakReference，用main方法引用的字段作为entry中的key。当entry.get() == null的时候，意味着键将不再被引用。

注意看到一个super(k)，说明调用父类的构造，去看看

Reference(T referent) {
    this(referent, null);
}
Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
    this.referent = referent;
    this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}

就上面这个其他没了，看了半天有点没看懂，然后去学了四种引用回来终于看懂，由于篇幅过多，在结尾我给出两篇别人的博客，可以去看完了，再回来，多学点哈哈哈。

再看了下发现这个内部类好多，但是其实就是map的一种实现，上面也讲了set方法那就简单提一下ThreadLocalMap的set()方法相关的吧，代码下面：

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            // We don't use a fast path as with get() because it is at
            // least as common to use set() to create new entries as
            // it is to replace existing ones, in which case, a fast
            // path would fail more often than not.

            //把Entry对象数组拿到来
            ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] tab = table;
            //长度也拿到来
            int len = tab.length;
            //通过拿到key的hashcode值，进去发现神奇的一幕这里利用通过累加这个值0x61c88647来作为hashcode，
            // 这里提一下往下走发现因为要公用这个属性，多个实例访问会有问题
            // 所以使用了AtomicInteger原子操作来写值
            //并且与总长度-1做与运算就是取模，因为扩容都是2的n次方所以这样直接取模就行，速度快
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            //定位到对应的数组位置，进行冲突判断之类的处理
            for (ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {   //这里是冲突遍历

                //这里里面就拿对应tabel下对应位置的当前引用
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                //判断是不是对应的键，是的话就覆盖
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
                //没有的话就生成Entry代替掉
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
            //这里就直接插入了
            tab[i] = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry(key, value);
            //长度加1
            int sz = ++size;
            //判断是否做扩容
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

里面其实挺复杂的，具体的话就是正常是使用开放定址法处理，这里使用累加一个定值解决的冲突，因为多个实例共用，特殊处理，厉害厉害。

//threadLocalHashCode代码也贴在这里吧，有兴趣可以直接去看

        private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
        private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
        private static int nextHashCode() {
            return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
        }
        private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

总结

看完源码之后神清气爽，学到了很多啦。以前对java引用只是知道四个引用和对应的相应简单概念，为了看懂这个Entry，去学习了weakReference源码，看了别人的关于四个引用的博客写的真好，偷偷学习了下，并且知道怎么使用了。划重点会用了！！！当然对于ThreadLocal也会用了，而且好像可以手写一个简单的版本哎，可以动手试试。

关于四种引用博客，写的真的很棒。

https://blog.csdn.net/swebin/article/details/78571933

https://blog.csdn.net/hacker_zhidian/article/details/83043270