ThreadLocal原理解析

在分析ThreadLocal之前，首先我们提出三个问题，后续会围绕这三个问题解析ThreadLocal的原理。

• 什么是ThreadLocal？
• ThreadLocal怎么用？
• ThreadLocal的原理是什么？为什么能保证每个线程的数据都不受其他线程干扰？

1.什么是ThreadLocal？

• 首先抛个定义,ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序，ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量。
• 翻译成能听懂的话就是可以通过ThreadLocal保证同一线程的某些数据不被其他线程干扰，影响。

2.ThreadLocal怎么用？

ThreadLocal的使用及其简单，常用的方法只有两个，get(),set();

   ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
   threadLocal.set(TAG);
   threadLocal.get();

举个使用ThreadLocal的真实场景

•        2.1.我们正常的项目中有很多复杂的逻辑，首先我们会分割不同的业务，并单独开启多个线程去执行对应的业务。
•        2.2. 每个业务需要打印本业务的全量日志。正常可通过Log.d(TAG,Message)来打印;每条的日志的TAG都需要一条条的设置。
•        2.3. 其实该场景可以使用ThreadLocal.set（TAG），在Log工具类中使用Log.d(ThreadLoacl.get(),Message)即可，省去了频繁设置TAG的操作。

3. ThreadLocal的原理是什么？为什么能保证每个线程的数据都不受其他线程干扰？

• 原理可以理解为每一个线程类内都有一个ThreadLocalMap类型的局部变量，该变量中设有一个ThreadLocalMap.Entry[]数组，数组中的每一个ThreadLocalMap.Entry对象中存的是k/v(ThreadLocal/Value)键值对，而我们存储的数据就在这个键值对中。
• 正常的使用中主要分为3步
  • 1. new ThreadLocal<>();
  • 2. threadLocal.set(Object)；
  • 3. threadLocal.get();
  • 下文主要从这三步进行展开分析。

1. ThreadLocal<String> threadlocal = new ThreadLocal<>();

• 该操作调用了ThreadLocal的构造函数，除了将ThreadLocal内部属性threadlocalHashcode自增了0x61c88647外，并没有做其他的操作。

2. 当调用ThreadLocal.set(Object)，该操作中主要涉及了4个步骤。

1. Thread t = Thread.currentThread();//获取当前线程

2. ThreadLocalMap map = ThreadLocal.getMap(t);//获取当前线程中的ThreadLocalMap对象。

3. map！=null 则调用 map.set(ThreadLocal,Value);
       获取ThreadLocalMap内部Entry[]数组，通过ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len-1)计算将要存放的位置索引。
       循环向后判断冲突，如果Entry[i]存在数据，且key和将要存储的数据相同，则替换value，如果key为null则认为当前数据是脏数据，启动环形清理。
       没有冲突则 new ThreadLocalMap.Entry(key, value)添加到Entry[i]并启动清理，如果清理不成功并且Entry.len>len*0.75则启动扩容rehash()，扩大到原来大小的2倍。

4. map == null 则调用 ThreadLocal.createMap(Thread,Value);
       Thread.threadLocalMap = new ThreadLocalMap(ThreadLocal,Value);
       ThreadLocalMap.Entry[] entry = new ThreadLocalMap.Entry[16]//初始化Entry[]数组。
       通过 i = ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len - 1)计算在ThreadLocalMap.Entry[]数组中的存储索引。
       ThreadLocalMap.Entry[i] = new ThreadLocalMap.Entry(k,v);

3. 当调用ThreadLocal.get(),该操作中也主要涉及了4个步骤

1. Thread t = Thread.currentThread();

2. ThreadLocalMap map = t.threadLocals;//获取当前线程中的ThreadLocalMap对象。

3. map != null map.getEntry(ThreadLocal);
      通过 i = ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len - 1)计算当前ThreadLocal数据存储的位置。
      Entry e = ThreadLocalMap.Entry[i] ,e!=null且e.get()和当前ThreadLocal key相等则返回 e,否则循环后续的数据.
      如有key相同的则返回，如有脏数据（key==null的数据为脏数据）则清理。

4. map == null ThreadLocal.setInitialValue()
      t.threadLocals = new ThreadLocalMap(ThreadLocal, null);
      ThreadLocalMap.Entry[] entry = new ThreadLocalMap.Entry[16]//初始化Entry[]数组。
      通过 i = ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len - 1)计算在ThreadLocalMap.Entry[]数组中的存储索引。
      ThreadLocalMap.Entry[i] = new ThreadLocalMap.Entry(k,null);

总结

• 1. 每一个Thread 都维护了一个类型为ThreadLocalMap名叫threadLocals的对象，每次get获取的时，均通过Thread.currentThread()获取了当前线程的ThreadLocalMap，因此做到了不同线程之间互不干扰。
• 2. 当调用ThreadLocal.set()方法时，会通过当前线程获取到线程中的ThreadLocalMap对象。
     然后获取到ThreadLocalMap.Entry[]数组，最后通过hash计算出数组中的存放位置，然后new ThreadLocalMap.Entry(ThreadLocal<?> k, Object v)存放在数组内，该索引下有重复key则替换，key==null则启动环形清理，没数据则插入。
• 3. 当调用ThreadLocal.get()方法时，ThreadLocal会通过线程获取当前线程中的ThreadLocalMap对象.
     然后获取到ThreadLocalMap.Entry[]数组，并通过hash计算出数组中的存放位置.
     由ThreadLocalMap.Entry[i]获取到数据，判断key相同则返回，key == null则清理。
     如果获取ThreadLocalMap == null，则启动初始化，通过ThreadLocalMap创建长度为16的ThreadLocalMap.Entry[]，并存value 为 null的一条数据到Entry[]数组下。