ThreadLocal
多线程访问同一个共享变量的时候容易出现并发问题，特别是多个线程对一个变量进行写入的时候，为了保证线程安全，一般使用者在访问共享变量的时候需要进行额外的同步措施才能保证线程安全性。ThreadLocal是除了加锁之外的一种规避多线程访问出现线程不安全的方法，当我们在创建一个变量后，如果每个线程对其进行访问的时候访问的都是线程自己的变量这样就不会存在线程不安全问题。
ThreadLocal提供线程本地变量，如果创建一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个副本，在实际多线程操作的时候，操作的是自己本地内存中的变量，从而规避了线程安全问题。
ThreadLocal使用：
public class ThreadLocalTest {
static ThreadLocal<String> localVar = new ThreadLocal<>();
static void print(String str) {
//打印当前线程中本地内存中本地变量的值
System.out.println(str + " :" + localVar.get());
//清除本地内存中的本地变量
localVar.remove();
}
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//设置线程1中本地变量的值
localVar.set("localVar1");
//调用打印方法
print("thread1");
//打印本地变量
System.out.println("after remove : " + localVar.get());
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//设置线程1中本地变量的值
localVar.set("localVar2");
//调用打印方法
print("thread2");
//打印本地变量
System.out.println("after remove : " + localVar.get());
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}
ThreadLocal解析：
源码注释：
* 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).
*
* <p>For example, the class below generates unique identifiers local to each
* thread.
* A thread's id is assigned the first time it invokes {@code ThreadId.get()}
* and remains unchanged on subsequent calls.
这个类提供线程局部变量。这些变量与正常的变量不同，每个线程访问一个(通过它的get或set方法)都有它自己的、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(例如，用户ID或事务ID)。
一、ThreadLocalMap中Entry:
1.Entry中key只能是ThreadLocal对象，被规定死了的
2.Entry继承了WeakRefrence（弱引用，生存周期只能活到下次GC前），但是只有Key是弱引用，Value并不是弱引用
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
二、ThreadLocalMap:
ThreadLocalMap可以发现实际上它类似于一个HashMap。
在默认情况下，每个线程中的这两个变量都为null，只有当线程第一次调用ThreadLocal的set或者get方法的时候才会创建他们。
1、ThreaLocalMap中的HashCode:
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
//采用的是开放地址法，其槽位采用静态的AtomicInteger每次增加1640531527实现,保证自增安全
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;//魔数0x61c88647
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
2、魔数0x61c88647：
可以让生成出来的值或者说ThreadLocal的ID较为均匀地分布在2的幂大小的数组中。
- 可以看出，它是在上一个被构造出的ThreadLocal的ID/threadLocalHashCode的基础上加上一个魔数0x61c88647的。
- 这个魔数的选取与斐波那契散列有关，0x61c88647对应的十进制为1640531527。
- 斐波那契散列的乘数可以用(long) ((1L << 31) * (Math.sqrt(5) - 1))可以得到2654435769，如果把这个值给转为带符号的int，则会得到-1640531527。换句话说 (1L << 32) - (long) ((1L << 31) * (Math.sqrt(5) - 1))得到的结果就是1640531527也就是0x61c88647 。
- 通过理论与实践，当我们用0x61c88647作为魔数累加为每个ThreadLocal分配各自的ID也就是threadLocalHashCode再与2的幂取模，得到的结果分布很均匀。
3、ThreaLocalMap中set方法:
- 先是插入位置。
- Entry数组中存在需要插入的key，直接替换即可。
- Entry数组中不存在需要插入的key，也没有key=null，新增一个Entry，然后判断一下需不需要扩容和清除过期的值。
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);// 用key的hashCode计算槽位
// hash冲突时，使用开放地址法
// 因为独特和hash算法，导致hash冲突很少，一般不会走进这个for循环
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) {// key 相同，则覆盖value
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {// key = null，说明 key 已经被回收了，进入替换方法
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)// 清除过期的值，并判断是否需要扩容
rehash();
}
4、ThreadLocalMap中getEntry方法：
计算位置i，判断table[i]是否有目标key，没有（hash冲突了）则进入getEntryAfterMiss方法
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)// 无hash冲突情况
return e;
else// 有hash冲突情况
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
while (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
expungeStaleEntry(i);// 清除过期的slot
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
5、rehash方法：
private void rehash() {
expungeStaleEntries();
// 清除过程中，size会减小，在此处重新计算是否需要扩容
// 并没有直接使用threshold，而是用较低的threshold （约 threshold 的 3/4）提前触发resize
if (size >= threshold - threshold / 4)
resize();
}
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);
}
}
三、ThreadLocal:
1、ThreadLocal.get():
- 获取当前线程的ThreadLocalMap对象threadLocals（实际储存副本值的Map）
- Map不为空的话，从Map中获取线程储存的K-V Entry结点，然后从Entry结点中获取Value副本值返回
- Map为空的话，返回初始值null，之后还需向Map中添加value为null的键值对，避免空指针异常
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
}
return setInitialValue();
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
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;
}
2、ThreadLocal.set():
- 获取当前线程的成员变量Map
- Map不为空：重新将ThreadLocal对象和Value副本放入Map中
- Map为空：对线程成员变量ThreadLocalMap进行初始化创建，并将ThreadLocal对象和Value副本放入Map中
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
3、ThreadLocal.remove():
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
