理解ThreadLocal之原理簡介
用途
我們一般用ThreadLocal來提供執行緒區域性變數。執行緒區域性變數會在每個Thread內擁有一個副本，Thread只能訪問自己的那個副本。文字解釋總是晦澀的，我們來看個例子。
public class Test {
private static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new MyThread("lucy");
Thread thread2 = new MyThread("lily");
thread1.start();
thread2.start();
}
private static class MyThread extends Thread {
MyThread(String name) {
super(name);
}
@Override
public void run() {
Thread thread = Thread.currentThread();
threadLocal.set("i am " + thread.getName());
try {
//睡眠兩秒，確保執行緒lucy和執行緒lily都呼叫了threadLocal的set方法。
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(thread.getName() + " say: " + threadLocal.get());
}
}
}
這個例子非常簡單，就是建立了lucy和lily兩個執行緒。線上程內部，呼叫threadLocal的set方法存入一字串，睡眠2秒後輸出執行緒名稱和threadLocal中的字串。我們執行這單程式碼，看一下輸出內容。
lucy say: i am lucy lily say: i am lily
原理
上面例子很好的解釋了ThreadLocal的作用，接下來我們分析一下這是如何實現的。
我們定位到ThreadLocal的set方法。原始碼中set方法被拆分為幾個方法，為了表述方便筆者將這幾個方法進行了整合。
public void set(T value) {
//獲取當前執行緒
Thread t = Thread.currentThread();
//獲取當前執行緒的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = t.threadLocals;
if (map != null)
//將資料放入ThreadLocalMap中，key是當前ThreadLocal物件，值是我們傳入的value。
map.set(this, value);
else
//初始化ThreadLocalMap，並以當前ThreadLocal物件為Key，value為值存入map中。
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, value);
}
通過上面這段程式碼可以看到，ThreadLocal的set方法主要是通過當前執行緒的ThreadLocalMap實現的。ThreadLocalMap是一個Map，它的key是ThreadLoacl，value是Object。
TreadLocal的get方法的原始碼我就不貼出來了，大體上與set方法類似，就是先獲取到當前執行緒的ThreadLocalMap，然後以this為key可以取得value。
到這裡我們基本上明白了ThreadLocal的工作原理，我們總結一下
- 每個Thread例項內部都有一個ThreadLocalMap，ThreadLocalMap是一種Map，它的key是ThreadLocal，value是Object。
- ThreadLocal的set方法其實是往當前執行緒的ThreadLocalMap中存入資料，其key是當前ThreadLocal物件，value是set方法中傳入的值。
- 使用資料時，以當前ThreadLocal為key，從當前執行緒的ThreadLocalMap中取出資料。
ThreadLocalMap
上面我們介紹了ThreadLocal主要是通過執行緒的ThreadLocalMap實現的。
static class ThreadLocalMap {
private ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] table;
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> var1, Object var2) {
super(var1);
this.value = var2;
}
}
}
ThreadLocalMap是一種Map，其內部維護著一個Entry[]。
ThreadLocalMap其實是就是將Key和Value包裝成Entry，然後放入Entry陣列中。我們看一下它的set方法。
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) {
//如果已經存在，直接替換value
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {//如果當前位置的key ThreadLocal為空，替換key和value。
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);//該位置沒有資料，直接存入。
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) //檢查是否擴容
rehash();
}
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
到這裡，如果你瞭解HashMap，應該可以看出ThreadLocalMap就是一種HashMap。不過它並沒有採用java.util.HashMap中陣列+連結串列的方式解決Hash衝突，而是採用index後移的方式。
我們簡單分析一下這段程式碼：
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通過ThreadLocal的threadLocalHashCode與當前Map的長度計算出陣列下標 i。
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從i開始遍歷Entry陣列，這會有三種情況：
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Entry的key就是我們要set的ThreadLocal，直接替換Entry中的value。
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Entry的key為空，直接替換key和value。
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發生了Hash衝突，當前位置已經有了資料，查詢下一個可用空間。
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-
找到沒有資料的位置，將key和value放入。
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檢查是否擴容。
我們知道，HashMap是一種get、set都非常高效的集合，它的時間複雜度只有O(1)。但是如果存在嚴重的Hash衝突，那HashMap的效率就會降低很多。我們通過上段程式碼知道，ThreadLocalMap是通過 key.threadLocalHashCode & (len-1)計算Entry存放index的。len是當前Entry[]的長度，這沒什麼好說的。那看來祕密就在threadLocalHashCode中了。我們來看一下threadLocalHashCode是如何產生的。
public class ThreadLocal<T> {
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
}
這段程式碼非常簡單。有個全域性的計數器nextHashCode，每有一個ThreadLocal產生這個計數器就會加0x61c88647，然後把當前值賦給threadLocalHashCode。關於0x61c88647這個神奇的常量，可以點這裡。