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Java ThreadLocal 的使用与源码解析

ThreadLocal 主要解决的是每个线程绑定自己的值,可以将 ThreadLocal 看成全局存放数据的盒子,盒子中存储每个线程的私有数据。

验证线程变量的隔离性

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import static java.lang.System.out;

public class Run {

    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();

    static class Work extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            threadLocal.set(0);
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                // 获取数据
                int sum = threadLocal.get();
                out.printf("%s's sum = %s\n", getName(), threadLocal.get());
                sum += i;
                // 写回数据
                threadLocal.set(sum);
            }
            out.printf("END %s's sum = %d\n\n", getName(), threadLocal.get());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Work work1 = new Work(),
                work2 = new Work();

        work1.start();
        work2.start();
    }
}

运行结果:

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Thread-0's sum = null
Thread-1's sum = null
Thread-1's sum = 1
Thread-1's sum = 3
Thread-1's sum = 6
Thread-1's sum = 10
END Thread-1's sum = 15

Thread-0's sum = 1
Thread-0's sum = 3
Thread-0's sum = 6
Thread-0's sum = 10
END Thread-0's sum = 15


Process finished with exit code 0

从结果来看,两个线程的计算结果一致,ThreadLocal 中隔离了两个线程的数据。

ThreadLocal 源码解析

ThreadLocalMap 内部类

ThreadLocal 中有一个 ThreadLocalMap 内部类,所以 ThreadLocal 实际上是使用一个哈希表来存储每个线程的数据的。

ThreadLocalMapHashMap 不同,其中 Entry 是一个弱引用,这意味着每次垃圾回收运行时都会将储存的数据回收掉。而且它只使用了数组来存储键值对。

ThreadLocalMap 中的 Entry

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static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

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

get() 方法

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public T get() {
    // 得到当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取当前线程的哈希表
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        // 从哈希表中获取当前线程的数据
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

get() 方法首先得到当前线程,然后获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象,然后从中取出数据。

这里的 map.getEntry(this) 看起来很奇怪,在前面有这样一行代码:

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ThreadLocalMap map = getMap(t);

这个方法获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象,所以,虽然 map.getEntry() 中的 key 总是 ThreadLocal 对象本身,但是每个线程都持有有自己的 ThreadLocalMap 对象。

getMap() 方法

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/**
 * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
 * InheritableThreadLocal.
 *
 * @param  t the current thread
 * @return the map
 */
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

看到这个方法,get() 方法中 map.getEntry(this) 的迷雾就解开了。这里可以看到返回的是线程中的 threadLocals 属性。那么这里瞟一眼 Thread 的源码:

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/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
 * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

ThreadLocal

其实每次 get() 时都是先获取了线程自己的 ThreadLocalMap 对象,然后对这个对象进行操作。

set() 方法

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public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        // 为当前线程创建一个 ThreadLocalMap 对象
        createMap(t, value);
}

set() 方法也是先获取当前线程自己的 ThreadLocalMap 对象,然后再设置数据。如果获取的哈希表为 null,则创建一个。

createMap() 方法

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void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

createMap() 方法创建一个 ThreadLocalMap 对象,该对象由线程持有。

总结

  • ThreadLocal 可以隔离线程的变量,每个线程只能从这个对象中获取到属于自己的数据。
  • ThreadLocal 使用哈希表来存储线程的数据,而且这个哈希表是由线程自己持有的,每次获取和设值都会先获取当前线程持有的ThreadLocalMap 对象。
  • ThreadLocalMap 中的 key 总是 ThreadLocal 对象本身。
  • ThreadLocalMap 中的 Entry 是弱引用,每次 GC 运行都会被回收。
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