ThreadLocal源码学习笔记 - Cuzzz

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一丶ThreadLocal结构

每一个Thread对象都有一个名为threadLocals类型为ThreadLocal.ThreadLocalMap的属性，ThreadLocal.ThreadLocalMap对象内部存在一个Entry数组，其中存储的Entry对象key是ThreadLocal,value便是我们绑定在线程上的值。ThreadLocal可以做到线程隔离是由于每一个线程对象持有一个ThreadLocalMap，每一个线程对ThreadLocalMap的处理是互不影响的。之所以持有的是ThreadLocalMap，是线程可能使用多个ThreadLocal存储数据，比如在Spring事务同步管理器中TransactionSynchronizationManager包含三个ThreadLocal对象，一个管理事务相关资源，一个管理当前事务需要回调的同步接口，一个管理事务名称，三个ThreadLocal对象对应着当前Thread持有的ThreadLocal.ThreadLocalMap中Entry数组的的三个Entry

二丶源码学习

1.set(T value)——向ThreadLocal中设置值

拿到当前线程Thread.currentThread()这是一个Native方法，getMap方法便是获取线程中的ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals属性，包装成方法便于子类重写覆盖。如果当前线程的ThreadLocalMap 不为空那么向ThreadLocalMap 中设置值，反之调用createMap初始化map。通常第一次设置值的时候ThreadLocalMap为空。

2.createMap(Thread t, T firstValue)——为线程初始化ThreadLocalMap

方法很简单直接调用ThreadLocalMap的构造函数，在研究此构造函数之前我们先看下ThreadLocalMap的结构，其包含一个Entry数组，其中Entry继承了WeakReference

2.1为什么这里Entry保存ThreadLocal类型的key使用弱引用：

我们知道弱引用具备的性质：在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用指向的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。这里使用弱应用是为了防止oom，如果ThreadLocal作为Key不使用弱引用，如果根据可达性算法此ThreadLocal已经无法和GCRoot关联（没有任何强引用指向当前ThreadLocal），但是当前线程并没有结束，可以通过当前线程关联到其threadLocals属性对应的ThreadLocalMap，再关联到Entry中的ThreadLocal对象，这时候ThreadLocal将永远无法被回收。

这里我们给出一个启动线程执行死循环，再死循环中创建ThreadLocal并set，这段代码执行并不会发生OOM，原因是ThreadLocal是被弱引用指向，在发生GC的时候会被回收。

这里应该还有一个问题，虽然ThreadLocal被回收了，但是Entry数组一直在塞入Entry，回收之后就相当于Entry的key为null，value存在值，那么为什么不会oom昵，原因是往ThreadLocalMap中塞入元素的时候，会删除掉过时（指Entry中的key弱引用持有的ThreadLocal为null）的元素。

2.2 ThreadLocalMap构造方法

这里使用到ThreadLocal.threadLocalHashCode此值由nextHashCode方法生成，其使用AtomicInteger原子类生成

其中firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1是为了让hash分布均匀减少hash冲突（类似于HashMap中高位低位进行异或），至于为什么使用0x61c88647我没有深究。

setThreshold方法是使用属性threshold记录当前Entry数组长度的2/3作为扩容阈值，扩容逻辑后续进行解析。

3.ThreadLocalMap#set(ThreadLocal<?> key, Object value) 存入数据

set方法的逻辑可以分作两部分：1.使用开放地址法找到合适的位置存储数据，2.向数组中放入新Entry，有需要的话扩容

3.1.使用开放地址法找到合适的位置存储数据

第一个if 意味着是相同的ThreadLocal，类似于HashMap put相同key的元素多次，后续的后覆盖前面的，这里也一样，进行覆盖。

第二个if 意味着，原来霸占Entry数组位置的ThreadLocal弱应用持有的ThreadLocal被回收了会调用replaceStaleEntry覆盖

3.2向数组中放入新Entry，有需要的话扩容

上面for循环进行的条件是e != null,e是Entry数组中元素，那么结束for循环，除了成功覆盖原有元素的还有找到一个可以使用的位置

这里扩容的条件有两个cleanSomeSlots删除过期的条目失败，且 当前Entry数组存入元素大于扩容阈值

扩容代码如下，遍历所有的元素，如果已经被回收了那么将value也置为null，如果没有被回收那么将元素拷贝到新的位置

这里为什么要将value也置为空昵

首先ThreadLocal的key 已经被回收了，这时候调用者没办法拿到被回收key对应的value，所有置为null是不会影响到使用的。

关键的是Help the GC的注释，置为null可以帮助jvm进行GC，我们首先看下如下方法

此方法也不会发生OOM

理论直接将被回收Entry位置的元素置为null，这时候也是无法通过GC Root应用到Entry，自然也无法引用到String对象，直接置为null也是相应的目的

这里扩容复制元素没有像HashMap进行低位不变，高位增加一个数组长度的操作，还是使用开放地址法找到合适的位置。

4.ThreadLocal#get()——获取和当前线程绑定在此ThreadLocal上的值

这部分代码分为两部分看：

4.1获取ThreadLocalMap中的值

获取当前线程中的ThreadLocalMap属性，以当前ThreadLocal作为key获取到对应的值，具体获取的逻辑在ThreadLocalMap#getEntry方法

首先是对Entry数组的长度进行取模，获取当前ThreadLocal对应的位置，如果存在，且Entry中的ThreadLocal和当前入参的ThreadLocal相同（之所以需要这么判断是因为，hash冲突后当前ThreadLocal会被放在后续的位置，只有二者的地址相同才能返回），那么返回。之所以判断e!=null可能是当前线程先删除再get，这时候不判断会抛出空指针。

getEntryAfterMiss方法并不复杂，就是利用nextIndex找下一个位置，类似于HashMap中拉链法需要遍历链表一样，如果下一个位置为null，说明当前ThreadLocal没有存储过，直接返回null

4.2ThreadLocalMap没有初始化，或者没有从ThreadLocalMap中获取到对应的值

这里会直接调用setInitialValue方法

其中initialValue()方法是给子类复写提供的方法，我们可以如下为ThreadLocal设置初始值

也可以使用ThreadLocal提供的静态工厂方法，如

使用此静态方法返回的是SuppliedThreadLocal其initialValue方法会调用传入的Supplier，两种方法都可以自定义ThreadLocal没有设置值的时候返回的初始值

5.ThreadLocal#remove()

首先自然是获取当前线程的ThreadLocalMap,如果初始化了才进行删除，然后调用ThreadLocalMap#remove方法，把当前ThreadLocal作为key

删除过期条目的expungeStaleEntry方法，会将Entry数组中过期的条目（弱引用被回收，或者被删除的条目）置为null。

三丶InheritableThreadLocal支持继承的ThreadLocal

这里说的继承是指父线程往InheritableThreadLocal设置了值，然后父线程开启子线程，子线程的InheritableThreadLocal会拷贝其中的值

如上图，运行test5()方法的线程是main线程，首先向其中设置值parent,然后开启子线程，子线程运行直接使用get并打印出parent。具体原理是Thread的构造方法会拿到当前线程中的inheritableThreadLocals内容复制到子线程的inheritableThreadLocals中

这里调用了ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals)将返回值设置到创建线程的inheritableThreadLocals属性上

逻辑也很简单，遍历父线程中的entry元素，调用childValue方法，实现父Entry值映射成子Entry值（InheritableThreadLocal默认直接信息映射，如有需要可以覆盖childValue方法），然后使用开放地址法存到子线程中。

其中InheritableThreadLocal还重写了getMap，createMap方法，二者都操作Thread中的inheritableThreadLocals属性

本文作者：Cuzzz

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