Java ThreadLocal的使用和深入理解

一、结构： （这里没有画图，将就到看哈） (1).ThreadLocal跟很多集合一样是一个泛型类 (2).Thread包含一个ThreadLocal.ThreadLocalMap的成员变量(组合关系)，也就是每个线程维护的独立副本的变量。 (3).ThreadLocal包含一个内部类ThreadLocalMap,ThreadLocalMap又包含一个内部类Entry，Entry最终就是给当前线程存储变量数据的。Entry的key存储ThreadLocal的弱引用，value指向Object对象值。 二、示例：  public static void main(String[] args) {     final ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>();     new Thread() {         @Override         public void run() {             local.set(10);             System.out.println("ThreadName: " + Thread.currentThread().getName() + "; value: " + local.get());         }     }.start();     new Thread() {         @Override         public void run() {             local.set(20);             System.out.println("ThreadName: " + Thread.currentThread().getName() + "; value: " + local.get());         }     }.start(); } 当前执行的线程中，Entry的key存储的就是local(ThreadLocal实例对象)，而value就是当前线程执行set方法时传入的值，线程在执行get方法时最终就会拿到自己set的值，从而做到线程安全。 三、核心API理解 3.1 set方法 在讲set方法之前，先来看下ThreadLocal的构造方法 public ThreadLocal() { } 什么鬼，啥也没干。好吧，就是这么简单。 上正菜吧！！ public void set(T value) {     Thread t = Thread.currentThread();     ThreadLocalMap map = getMap(t);     if (map != null)         map.set(this, value);     else         createMap(t, value); } 显而易见，这个方法就做了下面几件事： 1.首先获取当前线程对象 2.通过当前线程对象获取ThreadLocalMap对象 3.如果map==null，就调用createMap方法。 4.如果map!=mull，调用set方法 先来看看简单的getMap方法： ThreadLocalMap getMap(Thread t) {    return t.threadLocals; } 该方法直接调用当前执行的线程的threadLocals成员变量（即：ThreadLocal.ThreadLocalMap类型变量），但是Thread类并没有对该变量初始化，也就是说线程在第一次调用set方法时，map是为空的。 但是博主有个疑问：在测试过程中发现，主线程在启动初始化的过程中会有各种值被set方法传入到Entry中，而且获取到的map并不为空，而当创建的子线程第一次执行到set方法时map才等于空。望知道的大神门可以给我解释下啊！博主感激不尽。 接下来看看map==null的情况 void createMap(Thread t, T firstValue) {     t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); } createMap就是给Thread的成员变量threadLocals赋初始值，并传入当前ThreadLocal对象和value值 再看ThreadLocalMap的构造方法： /** * Construct a new map initially containing (firstKey, firstValue). * ThreadLocalMaps are constructed lazily, so we only create * one when we have at least one entry to put in it. */ ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {      table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];      int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);      table = new Entry(firstKey, firstValue);      size = 1;      setThreshold(INITIAL_CAPACITY); } 1.创建了一个Entry数组，初始化大小为16。 2.根据firstKey来计算该变量存储在Entry数组变量table的下标位置。(具体的计算原理请参考：http://www.cnblogs.com/ilellen/p/4135266.html) 3.赋值到table中下标位置为i的地方。 4.size=1设置数组的大小。 5.设置阈值，即：当Entry数组table大于INITIAL_CAPACITY(16) * 2/3的时候就需要对table进行扩容。  到这里ThreadLocalMap构造方法初始化结束了。 接下来就是map!=null情况下调用ThreadLocalMap的set方法         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.             Entry[] tab = table;             int len = tab.length;             int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);             for (Entry e = tab;                  e != null;                  e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {                 ThreadLocal<?> k = e.get();                 if (k == key) {                     e.value = value;                     return;                 }                 if (k == null) {                     replaceStaleEntry(key, value, i);                     return;                 }             }             tab = new Entry(key, value);             int sz = ++size;             if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)                 rehash();         } 1.首先根据方法传入的key进行hash计算数组下标的值，根据这个值获取该数组的位置的元素e，判断e是否为空 2.当元素e为空的时候，也就是没有出现hash冲突，直接创建Entry(key, value)赋值给tab。 3.当元素e不为空的时候，即出现hash冲突，进入for循环，通过e.get()获取当前元素的ThreadLocal对象引用k。如果k等于key，也就是tab中已经存在这个值，直接将其覆盖重新赋值。如果k等于空，但是此时e不等于空，就意味着value不为空，这里出现了陈旧元素(即：因为key是ThreadLocal的弱引用，如果这个对象没有被其他地方引用，就有可能被jvmGC回收了，而value不是)，所以这里要对进行remove操作，并且要重新整理Entry数组。而这个replaceStaleEntry方法就是做这件事的，replaceStaleEntry方法较为复杂难以理解，有兴趣的开发者可以自行查看源码。但有一点还是说，给方法里面调用了expungeStaleEntry方法，这个方法就做一件事就是删除陈旧的元素。 4.最后看下倒数第二和第三行代码，调用cleanSomeSlots方法，这个方法就是去找Entry数组中是否有陈旧元素，如果有则将其删除并返回true，然后调用rehash方法对Entry数组进行扩容，重新调整Entry数组；如果没有找到则继续判断数组大小是否超过阈值了，如果超过阈值，也调用rehash方法调整Entry数组；否则不做任何操作。 至此，set方法粗略的逻辑分析完毕，给大家整理下主要的逻辑图 3.2 get方法 先上源码： public T get() {     Thread t = Thread.currentThread();     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;         }     }     return setInitialValue(); } get方法体前两行和set方法一样，接下来分2种情况： 1.map为空，直接调用setInitialValue方法     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;     } setInitialValue方法体第一行调用initialValue方法(如下面代码所示)，这个方法直接返回null赋值给value；接下来还是获取map，此时map是为空的，所以调用creatMap方法创建新的ThreadLocalMap对象。最后直接返回null。 protected T initialValue() {     return null; } 2.map不为空，通过map调用getEntry方法，传入的参数是当前ThreadLocal对象，getEntry方法如下： private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {     int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);     Entry e = table;     if (e != null && e.get() == key)         return e;     else         return getEntryAfterMiss(key, i, e); } 首先通过keyhash计算获取数组下标再拿到Entry元素e，判断e不等于null而且e元素的key等于当前传入的ThreadLocal对象，直接返回e；否则执行getEntryAfterMiss方法： 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);         else             i = nextIndex(i, len);         e = tab;     }     return null; } 这个getEntryAfterMiss方法个人认为做了三件事： 1.通过while循环解决hash冲突 2.判断是否有陈旧元素，有的话将其删除 3.拿到最终元素e返回 最后，get方法拿到元素e后，调用e.value获取value值返回。至此，get方法分析结束 3.3remove方法 先上源码： public void remove() {     ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());     if (m != null)         m.remove(this); } 相当于执行ThreadLocalMap的remove方法：         /**          * Remove the entry for key.          */         private void remove(ThreadLocal<?> key) {             Entry[] tab = table;             int len = tab.length;             int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);             for (Entry e = tab;                  e != null;                  e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {                 if (e.get() == key) {                     e.clear();                     expungeStaleEntry(i);                     return;                 }             }         } for循环是为了解决hash冲突，解决hash冲突就是将i+1，如果e元素的key等于当前传入的ThreadLocal对象，那么就清空这个元素。结束 四、总结 set、get、remove方法体都在开头获取当前线程对象来作为操作的对象，跟其他任何线程都无关，从而做到了线程安全和变量的隔离 虽然使用起来很简单，但是我们还是要注意一些细节问题，比如用线程池使用ThreadLocal时，虽然线程使用完了，但是该线程如果没有没有调用remove方法，并且该线程在线程池继续处于活跃状态的话，会出现两个隐藏的致命问题： 1.没有调用remove方法意味着没有把使用过的线程本地变量删除，因为线程的成员变量threadLocals可能还存储着上一次使用的对象，下次再使用这个线程资源的话，就有可能出现线程安全的问题 2.根据1的情况就有可能引发内存泄漏，最终导致严重的后果。 所以切记，在使用ThreadLocal以后一定要记得手动调用remove方法。