ThreadLocal的基本原理與實現

一、概念

　　首先，ThreadLocal並不是一個Thread，這個類提供了線程局部變量，這些變量不同於它們的普通對應物，因為訪問某個變量的每個線程都有自己的局部變量，它獨立於變量的初始化副本。

二、基本原理

　　ThreadLocal是如何做到為每一線程維護變量的副本的呢？下面通過源碼(jdk1.7版本)來闡述ThreadLocal的基本原理。

　　在具體分析之前，先做幾點說明：

　　1：在TreadLocal中有一個靜態內部類ThreadLocalMap

static class ThreadLocalMap 
{
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> 
    {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
            Entry(ThreadLocal k, Object v)
     {
                super(k);
                value = v;
       }
     }   
    ...
}

　　2：ThreadLocal中又定義一個鍵值對Entry，它用ThreadLocal作為鍵值。我們看到在Thread類中有一個ThreadLocalMap的類型的變量叫做threadLocals。

　　

　　下面具體分析一下ThreadLocal的兩個關鍵函數get()和set()：

　　1、get()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)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
    }

　　在get函數中，首先獲取到當前的線程t，再根據t獲取ThreadLocalMap。下面試getMap()函數：

ThreadLocalMap getMap(Thread t) 
{
     return t.threadLocals;
}

　　可以看到，該函數返回就是我們上面提到的每個線程都有的ThreadLocalMap類型變量threadLocals。

　　如果map不為空，則根據map.getEntry(this)獲取Entry鍵值對。注意：這里的this指的是當前的ThreadLocal對象，一個Thread可能對應不止一個ThreadLocal，想要知道具體是Thread對應的哪個ThreadLocal，就要在Thread中維護一個ThreadLocalMap，以ThreadLocal為鍵，就可以找到Thread在某個ThreadLocal里對應的本地數據。獲取到Entry后，我們就可以拿到保存在Entry里面的value值了。

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);
}

　　如果map為空，則調用setInitialValue()函數進行初始化。並返回initialValue函數返回的值，不覆寫initialValue的情況下，返回的是null。

 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;
 }

　　2、set()方法

    public void set(T value) 
    {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

　　set函數同樣是先獲取ThreadLocalMap類型的變量map。

　　如果map不為空，則：

 private void set(ThreadLocal key, Object value)
 {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal k = e.get();

                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }

                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

　　如果map為空，則

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

三、總結

　　ThreadLocal是通過下面的方式來實現為每一個線程維護變量的副本的：

　　在ThreadLocal類中定義了一個ThreadLocalMap，每一個Thread都有一個ThreadLocalMap類型的變量threadLocals，就是用threadLocals來存儲每一個線程的變量副本，threadLocals內部有一個Entry數組，我們根據鍵值線程對象，來找到對應線程的變量副本。