入坑JAVA多线程并发(八）详解ThreadLocal使用和原理

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-05-22 12:19 184阅读 0赞

ThreadLocal是一个用于存储多线程变量的类，它可以把线程与设置的值对应起来，因为它为变量在每个线程都创建了一个副本。访问的时候每个线程只能访问到自己的副本变量。

#### 实例 ####

看如下代码：

public class Main { 
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal();
            Thread1 thread1 = new Thread1("线程A",threadLocal);
            Thread1 thread2 = new Thread1("线程B",threadLocal);
            Thread1 thread3 = new Thread1("线程C",threadLocal);
            Thread1 thread4 = new Thread1("线程D",threadLocal);
            thread1.start();
            thread2.start();
            thread3.start();
            thread4.start();
        }
    }
    
    class Thread1 extends Thread{
    
        ThreadLocal<String> threadLocal;
    
        public Thread1(String name,ThreadLocal<String> threadLocal){
            super(name);
            this.threadLocal = threadLocal;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            try {
                for(int i = 0;i< 10;i++){
                    threadLocal.set(getName()+i);
                    System.out.println(getName()+": "+threadLocal.get());
                    Thread.sleep(200);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    }

输出为：

> 线程B: 线程B0  
> 线程D: 线程D0  
> 线程A: 线程A0  
> 线程C: 线程C0  
> 线程C: 线程C1  
> 线程A: 线程A1  
> 线程B: 线程B1  
> 线程D: 线程D1  
> 线程D: 线程D2  
> 线程C: 线程C2  
> 线程A: 线程A2  
> 线程B: 线程B2  
> 线程B: 线程B3  
> 线程D: 线程D3  
> 线程A: 线程A3  
> 线程C: 线程C3  
> 线程C: 线程C4  
> 线程A: 线程A4  
> 线程B: 线程B4  
> 线程D: 线程D4

可以看到效果和预期是一样的，每个线程都只是获取自己设置的值。

#### 原理 ####

每个线程内部存储着一个ThreadLocalMap 实例的，ThreadLocalMap 实例存储着一个或者多个ThreadLocal实例，获取的时候就可以根据当前线程获得对应设置的值  
ThreadLocal的构造方法只有一个默认的无参构造方法；  
**set方法：**

public void set(T value) {
            Thread t = Thread.currentThread();   //获取当前线程
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
        }
    
        //获取Map进行设值，如果没有就新建一个map
        ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
            return t.threadLocals;           //Thread的一个属性，初始值为NUll;
         }
    
        //这个是Thread的代码，每个Thread存储一个map的
        ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    
        //新建一个Map，ThreadLocalMap是内部类
        void createMap(Thread t, T firstValue) {
            t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);   //设置值
        }
    
        //ThreadLocalMap的构造方法
        ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
                table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
                int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
                table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
                size = 1;
                setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
       }

可以看出这里是把每个线程的threadLocals 设置为一个ThreadLocalMap 的实例，ThreadLocalMap 存储的是key是threadLocals实例，value是对应的值  
如下图：  
![这里写图片描述][70]  
每个线程都有一个threadLocals ，指向对应的ThreadLocalMap 实例，ThreadLocalMap 是一个map结构，ThreadLocalMap 里面每个Entry存储着一个对应的value值，Entry实例的key是ThreadLocal实例，value是当前线程在这个ThreadLocal设置的value值；如果对map结果不熟，可参考[Java从入门到放弃（十）集合框架之HashMap源码(1)][Java_HashMap_1];

ThreadLocalMap的Hash，ThreadLocalMap的key值取的是ThreadLocal实例，这里hash和hashmap有一些不同：

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();  //hash值
    
        private static AtomicInteger nextHashCode =
            new AtomicInteger();                   //原子操作类
        }
        private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;    //每次hash间隔
    
        private static int nextHashCode() {
            return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);     //获取下一个hash值
        }

这里是把hash值按照HASH\_INCREMENT 的间隔相加。这样子可以保证不会出现相同hash的情况，避免Entry数组的Entry太过于集中，让Entry均匀分布。(这个数字可以让计算出来的索引比较均匀分布)  
**get方法**

public T get() {
            Thread t = Thread.currentThread();  //获取当前线程
            ThreadLocalMap map = getMap(t);    //获取map
            if (map != null) {
                ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);  //获取对应Entry
                if (e != null) {
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    T result = (T)e.value;
                    return result;
                }
            }
            return setInitialValue();    //没有就返回初始化的值
        }
        //设置初始化的值
        private T setInitialValue() {
            T value = initialValue();
            Thread t = Thread.currentThread();
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
            return value;
        }
        //初始化
        protected T initialValue() {
            return null;
        }

这里就是获取当前线程，取得线程的map，根据Threadlocal为key找到对应的value值。如果没有设置就初始化并且设置对应值为null;

**remove方法**

public void remove() {
             ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
             if (m != null)
                 m.remove(this);
        }

这个也很简单，就是获取对应的map然后删除。

[70]: /images/20220522/19d62eb92fb24a098387d003f805373f.png
[Java_HashMap_1]: https://blog.csdn.net/qq_34101608/article/details/80138761