【JavaSE】多线程（5）_ThreadLocal及其常用方法set()、get()、remove()详解

本篇总结ThreadLocal的相关知识，它在实际开发中使用频率较高，要认真学 ~

1 ThreadLocal

• ThreadLocal是一种类型，用于提供 线程局部变量，在多线程环境下可以 保证各个线程里的变量独立于其他线程的变量。
• 即：ThreadLocal可为每个线程创建一个单独的变量副本，相当于线程的private static类型变量。
• 在多线程环境下，同步机制是为了保证数据的一致性，而ThreadLocal是为了保证数据的独立性。

2 ThreadLocal实现

public void set(T value)
public T get()
public void remove()
protected T initialValue()

• set(T value)方法

  • 首先获取当前线程，然后再获取到当前线程的ThreadLocalMap，若它不为null，则将value保存其中，并用当前的ThreadLocal作为key；否则创建一个ThreadLocalMap并给到当前线程，然后保存value。
  • ThreadLocalMap相当于一个HashMap，是真正保存值的地方。

• get()方法

  • 在 get() 方法中也会获取到当前线程的 ThreadLocalMap，如果 ThreadLocalMap 不为 null，则获取 key 为当前 ThreadLocal 的值；
  • 否则调用 setInitialValue() 方法返回初始值，并保存到新创建的 ThreadLocalMap 中。

• remove()方法

  • 删除当前key

3 ThreadLocalMap

• 在 set，get，initialValue 和 remove 方法中都会获取到当前线程，然后通过当前线程获取到 ThreadLocalMap，如果ThreadLocalMap 为 null，则会创建一个 ThreadLocalMap，并给到当前线程。

• 可见，每个线程都会持有一个ThreadLocalMap用来维护线程本地的值。

• 每个线程的ThreadLocalMap 是属于线程自己的， ThreadLocalMap 中维护的值也是属于线程自己的。这就保证了ThreadLocal 类型的变量在每个线程中是独立的，在多线程环境下不会相互影响。

• 构造方法
  ThreadLocal 中当前线程的 ThreadLocalMap 为 null 时会使用ThreadLocalMap 的构造方法新建一个ThreadLocalMap：

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
	table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
	int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
	//在构造方法中新建一个数组，并将第一次需保存的键值存储到一个数组中，完成初始化。
	table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
	size = 1;
	setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

• 存储结构
  ThreadLocalMap 内部维护一个哈希表（数组）来存储数据，并且定义了加载因子。

// 初始容量，必须是 2 的幂
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
// 存储数据的哈希表
//这个table是一个Entry类型的数组，Entry是ThreadLocalMap的一个内部类。
//Entry 用于保存一个键值对，其中key以“弱引用”的方式保存。
private Entry[] table;
// table 中已存储的条目数
private int size = 0;
// 表示一个阈值，当 table 中存储的对象达到该值时就会扩容
private int threshold;
// 设置 threshold 的值
private void setThreshold(int len){
	threshold = len *2/3;
}

• 保存键值对

  调用set(ThreadLocal key,Object value)方法将数据保存到哈希表中。

private void set(ThreadLocal key, Object value) {
	Entry[] tab = table;
	int len = tab.length;
	// 计算要存储的索引位置
	int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
	// 循环判断要存放的索引位置是否已经存在 Entry，若存在，进入循环体
	for (Entry e = tab[i];
	e != null;
	e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
		ThreadLocal k = e.get();
		// 若索引位置的 Entry 的 key 和要保存的 key 相等，则更新该 Entry 的值
		if (k == key) {
			e.value = value;
			return;
		}
		// 若索引位置的 Entry 的 key 为 null（key 已经被回收了），表示该位置的 Entry 已经无效，用要保存的键值替换该位置上的 Entry
		if (k == null) {
			replaceStaleEntry(key, value, i);
			return;
		}
	}
	// 要存放的索引位置没有 Entry，将当前键值作为一个 Entry 保存在该位置
	tab[i] = new Entry(key, value);
	// 增加 table 存储的条目数
	int sz = ++size;
	// 清除一些无效的条目并判断 table 中的条目数是否已经超出阈值
	if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
		rehash(); // 调整 table 的容量，并重新摆放 table 中的 Entry
}

• 首先使用 key（当前 ThreadLocal）的 threadLocalHashCode 来计算要存储的索引位置 i。threadLocalHashCode 的值由ThreadLocal 类管理，每创建一个 ThreadLocal 对象都会自动生成一个相应的 threadLocalHashCode 值。

• 在保存数据时，如果索引位置有 Entry，且该 Entry 的 key 为 null，就会清除无效 Entry 来腾出空间，因为：Entry的 key 是弱引用，key 一旦被回收（即 key 为 null），就无法再访问到 key 对应的 value。

• 在调整 table 容量时，也会先清除无效对象，然后再根据需要扩容。

• 获取Entry对象

  • 使用getEntry(ThreadLocal key)方法。
  • 因为可能存在哈希冲突，key对应的Entry的存储位置可能不在由key计算出的索引位置上，所以要调用getEntryAfterMiss(ThreadLocal key,int i,Entry e)方法获取。

• 内存泄露

  • 在ThreadLocalMap的set、get、remove方法中都有清除无效Entry的操作，和Entry的key使用弱引用的方式，都是为了降低内存泄漏的概率，但不能完全避免。
  • 开发中每次用完ThreadLocal 都要调用remove方法，清除所有key为null的value，防止内存泄漏。