JDK 源码解析 —— ThreadLocal

零. 简介

这个类提供本地线程变量。不同于一般的变量，这些变量在他们各自的线程里通过 get、set 访问一个它自己的变量，这是一个独立初始化的变量副本。在一个类中，ThreadLocal 实例一般是 private static 的，期望和一个线程关联状态（如 userId，transactionId 等）。简单地说，就是此类提供了线程的本地变量，线程修改本地变量不互相影响。

举个例子，下面的类给每个线程生成一个唯一的标识。一个线程 id 在第一次调用 ThreadId.get() 被赋值，并且在后续的调用上保持不变。

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public class ThreadId {
// Atomic integer containing the next thread ID to be assigned
private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
// Thread local 变量保存着每个线程的ID
private static final ThreadLocal<Integer> threadId =
new ThreadLocal<Integer>() {
@Override protected Integer initialValue() {
return nextId.getAndIncrement();
}
};
// 返回当前线程的唯一ID，如果没有值的话先赋值
public static int get() {
return threadId.get();
}
}

只要线程还存活并且 ThreadLocal 实例可访问，那么每个线程持有一个确定的引用指向本地的变量副本，当线程消失，它的本地变量副本将会被GC（除非还被其他对象引用）。

一. 使用案例

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print ?

package com.wenniuwuren.java.threadlocal;
/**
* 执行结果：
* Thread[Thread-0,5,main]---------count=0
* Thread[Thread-0,5,main]---------count=1
* Thread[Thread-0,5,main]---------count=2
* Thread[Thread-0,5,main]---------count=3
* Thread[Thread-0,5,main]---------count=4
* Thread[Thread-2,5,main]---------count=0
* Thread[Thread-2,5,main]---------count=1
* Thread[Thread-2,5,main]---------count=2
* Thread[Thread-1,5,main]---------count=0
* Thread[Thread-2,5,main]---------count=3
* Thread[Thread-2,5,main]---------count=4
* Thread[Thread-1,5,main]---------count=1
* Thread[Thread-1,5,main]---------count=2
* Thread[Thread-1,5,main]---------count=3
* Thread[Thread-1,5,main]---------count=4
* 可以看出线程的变量更新没有相互影响
* Created by hzzhuyibin on 2017/3/14.
*/
public class ThreadLocalTest {
private static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>() {
public Integer initialValue() {
return 0;
}
};
public static void main(String[] args) {
NewThread thread1 = new NewThread(count);
NewThread thread2 = new NewThread(count);
NewThread thread3 = new NewThread(count);
thread1.start();
thread3.start();
thread2.start();
}
public static class NewThread extends Thread {
ThreadLocal<Integer> threadLocal = null;
public NewThread(ThreadLocal<Integer> threadLocal) {
this.threadLocal = threadLocal;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread() + "---------count=" + threadLocal.get());
threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);
}
}
}
}

二. 源码分析

ThreadLocal 的数据结构：实线表示强引用，虚线表示弱引用

每个 Thread 维护一个ThreadLocalMap 映射 table，映射 table 的 key 是 ThreadLocal 实例，value 就是线程存独立的变量副本的地方。

为什么这么设计，而不是由 ThreadLocal 来维护一个以 Thread 为 key 的映射呢？原因如下：

减小 Entry 数组大小：ThreadLocal 数量多，还是 Thread 的数量多，显而易见，使用 ThreadLocal 来当 key 可以减少 Entry 数量
减小内存占用：当 Thread 消亡，对 Thread 实例不在引用，则 GC 后就会清除相关数据

1.先看字段含义

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/** ThreadLocals 依赖每个线程的线性嗅探哈希映射到每个线程(Thread.threadLocals and inheritableThreadLocals)。
* ThreadLocal 对象作为 key，通过 threadLocalHashCode 来搜索。这是一个定制化的减少冲突的哈希码（只在 ThreadLocalMaps 有用），
* 其中连续构造的ThreadLocals由相同的线程使用，在较不常见的情况下保持良好行为。
*/
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
/**
* 生成下一个 Hash Code。原子更新。从零开始。
*/
private static AtomicInteger nextHashCode =
new AtomicInteger();
/**
*连续生成的散列码之间的差异 - 将隐式顺序线程本地ID转换为二次幂表的近似最优扩展的乘法散列值。
*简单来说就是偏移量，offetset
*/
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
/**
* 返回下一个 Hash 值
*/
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}