深入浅出的学习Java ThreadLocal

 更新时间:2017年02月14日 09:41:13   转载 作者:DemonWang  
本文会基于实际场景介绍ThreadLocal如何使用以及内部实现机制。 具有很好的参考价值,下面跟着小编一起来看下吧

前言

ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本,所以每个线程可以访问自己内部的副本变量,不同线程之间不会互相干扰。本文会基于实际场景介绍ThreadLocal如何使用以及内部实现机制。

应用场景

Parameter对象的数据需要在多个模块中使用,如果采用参数传递的方式,显然会增加模块之间的耦合性。先看看用ThreadLocal是如何实现模块间共享数据的。

class Parameter {
 private static ThreadLocal<Parameter> _parameter= new ThreadLocal<>();
 public static Parameter init() {
 _parameter.set(new Parameter());
 }
 public static Parameter get() {
 _parameter.get();
 }
 ...省略变量声明
}
  1. 在模块A中通过Parameter.init初始化。
  2. 在模块B或模块C中通过Parameter.get方法可以获得同一线程中模块A已经初始化的Parameter对象。

实现原理

从线程Thread的角度来看,每个线程内部都会持有一个对ThreadLocalMap实例的引用,ThreadLocalMap实例相当于线程的局部变量空间,存储着线程各自的数据,具体如下:

 

Entry

Entry继承自WeakReference类,是存储线程私有变量的数据结构。ThreadLocal实例作为引用,意味着如果ThreadLocal实例为null,就可以从table中删除对应的Entry。

class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
 Object value;
 Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
 super(k);
 value = v;
 }
}

ThreadLocalMap

内部使用table数组存储Entry,默认大小INITIAL_CAPACITY(16),先介绍几个参数:

  • size:table中元素的数量。
  • threshold:table大小的2/3,当size >= threshold时,遍历table并删除key为null的元素,如果删除后size >= threshold*3/4时,需要对table进行扩容。

ThreadLocal.set() 实现

public void set(T value) {
 Thread t = Thread.currentThread();
 ThreadLocalMap map = getMap(t);
 if (map != null)
 map.set(this, value);
 else
 createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
 return t.threadLocals;
}

从上面代码中看出来:

  1. 从当前线程Thread中获取ThreadLocalMap实例。
  2. ThreadLocal实例和value封装成Entry。

接下去看看Entry存入table数组如何实现的:

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) {
 e.value = value;
 return;
 }
 if (k == null) {
 replaceStaleEntry(key, value, i);
 return;
 }
 }
 tab[i] = new Entry(key, value);
 int sz = ++size;
 if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
 rehash();
}

1.通过ThreadLocal的nextHashCode方法生成hash值。

private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
private static int nextHashCode() { 
 return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

从nextHashCode方法可以看出,ThreadLocal每实例化一次,其hash值就原子增加HASH_INCREMENT。

2.通过 hash & (len -1) 定位到table的位置i,假设table中i位置的元素为f。

3.如果f != null,假设f中的引用为k:

  • 如果k和当前ThreadLocal实例一致,则修改value值,返回。
  • 如果k为null,说明这个f已经是stale(陈旧的)的元素。调用replaceStaleEntry方法删除table中所有陈旧的元素(即entry的引用为null)并插入新元素,返回。
  • 否则通过nextIndex方法找到下一个元素f,继续进行步骤3。

4.如果f == null,则把Entry加入到table的i位置中。

5.通过cleanSomeSlots删除陈旧的元素,如果table中没有元素删除,需判断当前情况下是否要进行扩容。

table扩容

如果table中的元素数量达到阈值threshold的3/4,会进行扩容操作,过程很简单:

private void resize() {
 Entry[] oldTab = table;
 int oldLen = oldTab.length;
 int newLen = oldLen * 2;
 Entry[] newTab = new Entry[newLen];
 int count = 0;
 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 {
 int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
 while (newTab[h] != null)
 h = nextIndex(h, newLen);
 newTab[h] = e;
 count++;
 }
 }
 }
 setThreshold(newLen);
 size = count;
 table = newTab;
}
  1. 新建新的数组newTab,大小为原来的2倍。
  2. 复制table的元素到newTab,忽略陈旧的元素,假设table中的元素e需要复制到newTab的i位置,如果i位置存在元素,则找下一个空位置进行插入。

ThreadLocal.get() 实现

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();
}
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);
}

获取当前的线程的threadLocals。

  1. 如果threadLocals不为null,则通过ThreadLocalMap.getEntry方法找到对应的entry,如果其引用和当前key一致,则直接返回,否则在table剩下的元素中继续匹配。
  2. 如果threadLocals为null,则通过setInitialValue方法初始化,并返回。
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[i];
 }
 return null;
}

总结

希望通过本文的介绍,大家可以对ThreadLocal有一个更加直观清晰的认识。

以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,同时也希望多多支持脚本之家!

相关文章

  • servlet3文件上传操作

    servlet3文件上传操作

    这篇文章主要介绍了servlet3文件上传操作的相关资料,需要的朋友可以参考下
    2017-11-11
  • 基于Java 数组内存分配的相关问题

    基于Java 数组内存分配的相关问题

    本篇文章是对Java中数组内存分配进行了详细的分析介绍,需要的朋友参考下
    2013-05-05
  • 利用java反射机制实现自动调用类的简单方法

    利用java反射机制实现自动调用类的简单方法

    下面小编就为大家带来一篇利用java反射机制实现自动调用类的简单方法。小编觉得挺不错的,现在就分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
    2016-08-08
  • java使用JOptionPane猜数字游戏

    java使用JOptionPane猜数字游戏

    这篇文章主要为大家详细介绍了java使用JOptionPane猜数字游戏,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2020-05-05
  • Java Socket编程实例(一)- TCP基本使用

    Java Socket编程实例(一)- TCP基本使用

    这篇文章主要讲解Java Socket编程中TCP的基本使用,希望能给大家做一个参考。
    2016-06-06
  • 详解IDEA JUnit5测试套件运行错误的问题

    详解IDEA JUnit5测试套件运行错误的问题

    这篇文章主要介绍了详解IDEA JUnit5测试套件运行错误的问题,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2019-12-12
  • Java实现高效随机数算法的示例代码

    Java实现高效随机数算法的示例代码

    这篇文章主要介绍了Java实现高效随机数算法的示例代码,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
    2019-02-02
  • 详解Spring Cloud Alibaba Sidecar多语言微服务异构

    详解Spring Cloud Alibaba Sidecar多语言微服务异构

    这篇文章主要介绍了详解Spring Cloud Alibaba Sidecar多语言微服务异构,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2019-11-11
  • 深入理解Spring Cache框架

    深入理解Spring Cache框架

    今天给大家分析一下 Spring 框架本身对这些缓存具体实现的支持和融合。使用 Spring Cache 将大大的减少我们的Spring项目中缓存使用的复杂度,提高代码可读性。本文将从以下几个方面来认识Spring Cache框架。感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2018-11-11
  • java生成jar包并且单进程运行的实例

    java生成jar包并且单进程运行的实例

    下面小编就为大家分享一篇java生成jar包并且单进程运行的实例,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2017-12-12

最新评论