并发编程之ThreadLocal (3)

并发编程之ThreadLocal

其中 map 就是我们上面讲到的 ThreadLocalMap,可以看到它是通过当前线程对象获取到的 ThreadLocalMap,接下来我们看 getMap方法的源代码:

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

getMap 方法的作用主要是获取当前线程内的 ThreadLocalMap 对象,原来这个 ThreadLocalMap 是线程的一个属性,下面让我们看看 Thread 中的相关代码:

// ThreadLocalMap 是线程的一个属性,所以可以保证在多线程环境下的线程安全 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

可以看出每个线程都有 ThreadLocalMap 对象,被命名为 threadLocals,默认为 null,所以每个线程的 ThreadLocals 都是隔离独享的。

调用 ThreadLocalMap.set() 时,会把当前 threadLocal 对象作为 key,想要保存的对象作为 value,存入 map。

其中 ThreadLocalMap.set() 的源码如下:

// ThreadLocalMap set 方法 private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) { Entry[] tab = table; int len = tab.length; // 计算 key 在数组中的下标 int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); // 遍历数组,找到 threadLocal 对象 for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { // 获取下标位置处的 ThreadLocal 对象 ThreadLocal<?> k = e.get(); // 键值 ThreadLocal 匹配成功的话,直接更新 map 对于下标的 value 值 if (k == key) { e.value = value; return; } // 如果 key 不存在的话,说明 ThreadLocal 被GC清理了,直接替换掉 if (k == null) { // 替换 Entry 方法 replaceStaleEntry(key, value, i); return; } } // 直接遇到了空槽也没有匹配到ThreadLocal对象,那么在此空槽处保存ThreadLocal对象和value值 tab[i] = new Entry(key, value); // 数组长度+1 int sz = ++size; // 如果没有卡槽需要清理并且数组长度 大于等于 数组长度的 2/3,数组需要扩容 if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) // 扩容的过程就是对所有的 key 进行重新哈希的过程 rehash(); } // 判断是否有卡槽需要清理的方法 private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) { boolean removed = false; Entry[] tab = table; int len = tab.length; do { i = nextIndex(i, len); Entry e = tab[i]; if (e != null && e.get() == null) { n = len; removed = true; // 清理卡槽的数据 i = expungeStaleEntry(i); } } while ( (n >>>= 1) != 0); return removed; }

相信到这里,大家应该对 Thread、ThreadLocal 以及 ThreadLocalMap 的关系有了进一步的理解,下图为三者之间的关系:

并发编程之ThreadLocal

ThreadLocal 的 get 方法

了解完 set 方法后,让我们看下 get 方法,源码如下:

// ThreadLocal get 方法 public T get() { // 获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); // 获取ThreadLocalMap 方法 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; } } // 如果 map 为空的话,需要初始化 map return setInitialValue(); } // 初始化 map 方法,返回的值 null 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; }

get 方法的主要流程为:

先获取到当前线程的引用

获取当前线程内部的 ThreadLocalMap

如果 map 存在,则获取当前 ThreadLocal 对应的 value 值

如果 map 不存在或者找不到 value 值,则调用 setInitialValue() 进行初始化

get 方法的时序图如下所示:

并发编程之ThreadLocal

其中每个 Thread 的 ThreadLocalMap 以 threadLocal 作为 key,保存自己线程的 value 副本,也就是保存在每个线程中,并没有保存在 ThreadLocal 对象中。

其中 ThreadLocalMap.getEntry() 方法的源码如下

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

当 ThreadLocalMap 中的 ThreadLocal 的个数超过容量阈值时,ThreadLocalMap 就要开始扩容了,我们一起来看下 resize 的源代码:

// 当需要扩容的时候,需要重新哈希 private void rehash() { // 清除需要清理的卡槽 expungeStaleEntries(); // 使用较低的阈值进行加倍以避免磁滞。2/3 * size * 3/4 = 1/2 * size if (size >= threshold - threshold / 4) // 扩容 resize(); } // 扩容算法,数组容量 * 2 private void resize() { Entry[] oldTab = table; int oldLen = oldTab.length; // 新的数组长度 = 旧长度*2 int newLen = oldLen * 2; Entry[] newTab = new Entry[newLen]; int count = 0; // 将数据重新哈希之后放到新数组中 for (int j = 0; j < oldLen; ++j) { Entry e = oldTab[j]; if (e != null) { ThreadLocal<?> k = e.get(); // 如果有需要清理的ThreadLocal,把value置空,方便GC回收 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++; } } } // 设置新的扩容阈值 setThreshold(newLen); size = count; table = newTab; }

resize 方法主要是进行扩容,同时会将垃圾值标记方便 GC 回收,扩容后数组大小是原来数组的两倍。

ThreadLocal 应用场景

ThreadLocal 的特性也导致了应用场景比较广泛,主要的应用场景如下:

线程间数据隔离,各线程的 ThreadLocal 互不影响

方便同一个线程使用某一对象,避免不必要的参数传递

全链路追踪中的 traceId 或者流程引擎中上下文的传递一般采用 ThreadLocal

Spring 事务管理器采用了 ThreadLocal

Spring MVC 的 RequestContextHolder 的实现使用了 ThreadLocal

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