线程封闭——ThreadLocal
线程封闭概念
多线程访问共享数据为了安全性通常需要同步，如果仅在单线程内访问数据就不需要同步，这种避免共享数据的技术称为线程封闭。
ThreadLocal
JDK提供ThreadLocal类防止线程内的可变变量的共享，通过ThreadLocal类可以保证线程特有的变量封闭在线程内而不会逸出到该线程外。
初始化ThreadLocal
- 方式一，重写父类函数
ThreadLocal<Object> localVariable = new ThreadLocal<Object>(){
protected Object initialValue() {
return "abcd2";
};
};
这种方式下，给ThreadLocal添加了一个默认值，在ThreadLocal调用get方法取值时,如果并未调用set方法设置新值时会调用setInitialValue()方法:
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 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;
}
可以看到setInitialValue内部将this指针指向的当前ThreadLocal作为键，value作为值，插入到了ThreadLocalMap中。
- 方式二，调用set方法
ThreadLocal<Object> trLocal = new ThreadLocal<>();
localVariable.set("abcd");
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
这种方式与在ThreadLocal重写initialValue方法的区别是，不会将值的设置推迟到get方法的执行。
ThreadLocalMap 的创建
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
在Thread类内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap的threadLocals变量，该变量在createMap方法的调用下被赋值一个新的ThreadLocalMap的实例。
ThreadLocal.png
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
private Entry[] table;
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
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);
}
}
ThreadLocalMap相当于线程本地变量的映射表。内部由Entry[]数组实现键值对的保存，其中键为ThreadLocal，值为线程本地变量。该数组初始值INITIAL_CAPACITY是16。
ThreadLocalMap 加入键值对
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); @1
for (Entry e = tab[i];
e != null;@2
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) { @3
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value); @2
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
@1 先通过ThreadLocal计算出hashCode，该hashCode在ThreadLocal由静态共享的AtomicInteger每次自增HASH_INCREMENT(0x61c88647)实现。根据hashCode算出键对应Entry[]数组的位置i。
@2 Entry[i]为空，将ThreadLocal和value对象封装成一个Entry对象插入到数组的i位置上。如果插入后未清除无效元素后，并且已达到数组的边界，接下来会对数组扩容两倍(JDK 1.8)
@3 如果Entry[i]非空，如果Entry[i]上的键与加入的键相等，重新设置值的引用为新加入的值。
@4 如果Entry[i]上的键为空，说明该键值对已失效，调用replaceStaleEntry删除table中所有失效元素并将新的键值对插入数组。
@5 算出下一个数组中的位置，重复@2、@3、@4的步骤。
ThreadLocal 取值
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();
}
先判断当前线程是否有ThreadLocalMap，若不存在调用setInitialValue方法返回initialValue方法返回的默认值。
若当前线程的ThreadLocalMap非空，调用ThreadLocalMap的getEntry方法取出Entry:
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);
}
该方法先计算出ThreadLocal的哈希值，再由该哈希值按位与数组的长度计算出Entry的位置i。
如果Entry[i]非空并且它内部的弱引用ThreadLocal非空，将Entry返回并取它的value。否则调用getEntryAfterMiss方法继续从数组的下个位置寻找Entry。
原理小结
使用ThreadLocal将线程本地变量封装到了线程的ThreadLocalMap中，想要从ThreadLocal取值就必须经过线程本地的ThreadLocalMap,因此本线程外访问ThreadLocalMap是无效的，避免了对线程本地变量的干扰。
