ThreadLocal 提供了一種方式,讓在多執行緒環境下,每個執行緒都可以擁有自己獨特的數據,並且可以在整個執行緒執行過程中,從上而下的傳遞。
可能很多同學沒有使用過ThreadLocal,我們先來示範下ThreadLocal 的用法,demo 如下:
/** * ThreadLocal 中保存的数据是 Map */ static final ThreadLocal<Map<String, String>> context = new ThreadLocal<>(); @Test public void testThread() { // 从上下文中拿出 Map Map<String, String> contextMap = context.get(); if (CollectionUtils.isEmpty(contextMap)) { contextMap = Maps.newHashMap(); } contextMap.put("key1", "value1"); context.set(contextMap); log.info("key1,value1被放到上下文中"); // 从上下文中拿出刚才放进去的数据 getFromComtext(); } private String getFromComtext() { String value1 = context.get().get("key1"); log.info("从 ThreadLocal 中取出上下文,key1 对应的值为:{}", value1); return value1; } //运行结果: demo.ninth.ThreadLocalDemo - key1,value1被放到上下文中 demo.ninth.ThreadLocalDemo - 从 ThreadLocal 中取出上下文,key1 对应的值为:value1
從運行結果可以看到,key1 對應的值已經從上下文拿到了。
getFromComtext 方法是沒有接受任何入參的,透過context.get().get(“key1”) 這行程式碼就從上下文中拿到了key1 的值,接下來我們一起來看下ThreadLocal底層是如何實現上下文的傳遞的。
ThreadLocal 定義類別時帶有泛型,說明ThreadLocal 可以儲存任意格式的數據,原始碼如下:
public class ThreadLocal<T> {}
ThreadLocal 有幾個關鍵屬性,我們一一看:
// threadLocalHashCode 表示当前 ThreadLocal 的 hashCode,用于计算当前 ThreadLocal 在 ThreadLocalMap 中的索引位置 private final int threadLocalHashCode = nextHashCode(); // 计算 ThreadLocal 的 hashCode 值(就是递增) private static int nextHashCode() { return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT); } // static + AtomicInteger 保证了在一台机器中每个 ThreadLocal 的 threadLocalHashCode 是唯一的 // 被 static 修饰非常关键,因为一个线程在处理业务的过程中,ThreadLocalMap 是会被 set 多个 ThreadLocal 的,多个 ThreadLocal 就依靠 threadLocalHashCode 进行区分 private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
還有一個重要屬性:ThreadLocalMap,當一個執行緒有多個ThreadLocal時,需要一個容器來管理多個ThreadLocal,ThreadLocalMap 的功能就是這個,管理線程中多個ThreadLocal。
ThreadLocalMap 本身就是一個簡單的Map 結構,key 是ThreadLocal,value 是ThreadLocal 儲存的值,底層是陣列的資料結構,原始碼如下:
// threadLocalHashCode 表示当前 ThreadLocal 的 hashCode,用于计算当前 ThreadLocal 在 ThreadLocalMap 中的索引位置 private final int threadLocalHashCode = nextHashCode(); // 计算 ThreadLocal 的 hashCode 值(就是递增) private static int nextHashCode() { return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT); } // static + AtomicInteger 保证了在一台机器中每个 ThreadLocal 的 threadLocalHashCode 是唯一的 // 被 static 修饰非常关键,因为一个线程在处理业务的过程中,ThreadLocalMap 是会被 set 多个 ThreadLocal 的,多个 ThreadLocal 就依靠 threadLocalHashCode 进行区分 private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
從原始碼看到ThreadLocalMap 其實就是一個簡單的Map 結構,底層是數組,有初始化大小,也有擴容閾值大小,數組的元素是Entry,Entry 的key 就是ThreadLocal 的引用,value 是ThreadLocal 的值。
ThreadLocal 是線程安全的,我們可以放心使用,主要因為是ThreadLocalMap 是線程的屬性,我們看下線程Thread的原始碼,如下:
從上圖中,我們可以看到ThreadLocals.ThreadLocalMap 和InheritableThreadLocals.ThreadLocalMap 分別是執行緒的屬性,所以每個執行緒的ThreadLocals 都是隔離獨享的。
父執行緒在建立子執行緒的情況下,會拷貝inheritableThreadLocals 的值,但不會拷貝threadLocals 的值,原始碼如下:
從上圖中我們可以看到,在執行緒建立時,會把父執行緒的inheritableThreadLocals 屬性值進行拷貝。
set 方法的主要功能是往當前ThreadLocal 裡面set 值,假如當前ThreadLocal 的泛型是Map,那麼就是往當前ThreadLocal 裡面set map,原始碼如下:
// set 操作每个线程都是串行的,不会有线程安全的问题 public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); // 当前 thradLocal 之前有设置值,直接设置,否则初始化 if (map != null) map.set(this, value); // 初始化ThreadLocalMap else createMap(t, value); }
程式碼邏輯比較清晰,我們一起來看下ThreadLocalMap.set 的源碼,如下:
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) { Entry[] tab = table; int len = tab.length; // 计算 key 在数组中的下标,其实就是 ThreadLocal 的 hashCode 和数组大小-1取余 int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); // 整体策略:查看 i 索引位置有没有值,有值的话,索引位置 + 1,直到找到没有值的位置 // 这种解决 hash 冲突的策略,也导致了其在 get 时查找策略有所不同,体现在 getEntryAfterMiss 中 for (Entry e = tab[i]; e != null; // nextIndex 就是让在不超过数组长度的基础上,把数组的索引位置 + 1 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { ThreadLocal<?> k = e.get(); // 找到内存地址一样的 ThreadLocal,直接替换 if (k == key) { e.value = value; return; } // 当前 key 是 null,说明 ThreadLocal 被清理了,直接替换掉 if (k == null) { replaceStaleEntry(key, value, i); return; } } // 当前 i 位置是无值的,可以被当前 thradLocal 使用 tab[i] = new Entry(key, value); int sz = ++size; // 当数组大小大于等于扩容阈值(数组大小的三分之二)时,进行扩容 if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold) rehash(); }
上面源碼我們注意幾點:
#是透過遞增的AtomicInteger 作為ThreadLocal 的hashCode 的;
計算數組索引位置的公式是:hashCode 取模組大小,由於hashCode 不斷自增,所以不同的hashCode大概率上會計算到同一個陣列的索引位置(但這個不用擔心,在實際項目中,ThreadLocal 都很少,基本上不會衝突);
透過hashCode 計算的索引位置i 處如果已經有值了,會從i 開始,通過1 不斷的往後尋找,直到找到索引位置為空的地方,把當前ThreadLocal 作為key 放進去。
好在日常工作中使用 ThreadLocal 時,常常只使用 1~2 個 ThreadLocal,透過 hash 計算出重複的陣列的機率並不是很大。
set 時的解決數組元素位置衝突的策略,也對 get 方法產生了影響,接著我們一起來看 get 方法。
get 方法主要是從ThreadLocalMap 拿到目前ThreadLocal 儲存的值,原始碼如下:
public T get() { // 因为 threadLocal 属于线程的属性,所以需要先把当前线程拿出来 Thread t = Thread.currentThread(); // 从线程中拿到 ThreadLocalMap ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { // 从 map 中拿到 entry,由于 ThreadLocalMap 在 set 时的 hash 冲突的策略不同,导致拿的时候逻辑也不太一样 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); // 如果不为空,读取当前 ThreadLocal 中保存的值 if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") T result = (T)e.value; return result; } } // 否则给当前线程的 ThreadLocal 初始化,并返回初始值 null return setInitialValue(); }
接著我們來看下ThreadLocalMap 的getEntry 方法,原始碼如下:
// 得到当前 thradLocal 对应的值,值的类型是由 thradLocal 的泛型决定的 // 由于 thradLocalMap set 时解决数组索引位置冲突的逻辑,导致 thradLocalMap get 时的逻辑也是对应的 // 首先尝试根据 hashcode 取模数组大小-1 = 索引位置 i 寻找,找不到的话,自旋把 i+1,直到找到索引位置不为空为止 private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) { // 计算索引位置:ThreadLocal 的 hashCode 取模数组大小-1 int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1); Entry e = table[i]; // e 不为空,并且 e 的 ThreadLocal 的内存地址和 key 相同,直接返回,否则就是没有找到,继续通过 getEntryAfterMiss 方法找 if (e != null && e.get() == key) return e; else // 这个取数据的逻辑,是因为 set 时数组索引位置冲突造成的 return getEntryAfterMiss(key, i, e); }
// 自旋 i+1,直到找到为止 private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) { Entry[] tab = table; int len = tab.length; // 在大量使用不同 key 的 ThreadLocal 时,其实还蛮耗性能的 while (e != null) { ThreadLocal<?> k = e.get(); // 内存地址一样,表示找到了 if (k == key) return e; // 删除没用的 key if (k == null) expungeStaleEntry(i); // 继续使索引位置 + 1 else i = nextIndex(i, len); e = tab[i]; } return null; }
get 邏輯原始碼中註解已經寫的很清楚了,我們就不重複說了。
ThreadLocalMap 中的ThreadLocal 的數量超過閾值時,ThreadLocalMap 就要開始擴容了,我們一起來看下擴容的邏輯:
//扩容 private void resize() { // 拿出旧的数组 Entry[] oldTab = table; int oldLen = oldTab.length; // 新数组的大小为老数组的两倍 int newLen = oldLen * 2; // 初始化新数组 Entry[] newTab = new Entry[newLen]; int count = 0; // 老数组的值拷贝到新数组上 for (int j = 0; j < oldLen; ++j) { Entry e = oldTab[j]; if (e != null) { ThreadLocal<?> k = e.get(); if (k == null) { e.value = null; // Help the GC } else { // 计算 ThreadLocal 在新数组中的位置 int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1); // 如果索引 h 的位置值不为空,往后+1,直到找到值为空的索引位置 while (newTab[h] != null) h = nextIndex(h, newLen); // 给新数组赋值 newTab[h] = e; count++; } } } // 给新数组初始化下次扩容阈值,为数组长度的三分之二 setThreshold(newLen); size = count; table = newTab; }
源碼註解也比較清晰,我們注意到兩點:
擴充後陣列大小是原來陣列的兩倍;
以上是Java程式設計中的ThreadLocal詳解與源碼分析的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!