ThreadLocal简介

331 阅读5分钟

一、ThreadLocal使用

ThreadLocak使用方法很简单

static final ThreadLocak<T> sThreadLocal = new ThreadLocal<T>();
sThreadLocal.set();
sThreadLocal.get();

ThreadLocal是一个线程内部的存储类,可以在指定线程内存储数据,数据存储以后,只有指定线程可以得到存储数据,官方解释如下:

/**
 * This class provides thread-local variables.  These variables differ from
 * their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its
 * {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized
 * copy of the variable.  {@code ThreadLocal} instances are typically private
 * static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g.,
 * a user ID or Transaction ID).
 */

大致意思就是ThreadLocal提供了线程内存储变量的能力,这些变量不同之处在于每一个线程读取的变量是对应的互相独立的。通过get和set方法就可以得到当前检查对应的值。

实际上是ThreadLocal静态内部类ThreadLocalMap为每个Thread都维护了一个数组table,ThreadLocal确定了一个数组下标,而这个下标就是value存储的对应位置。

作为一个存储数据的类,关键点就在getset方法:

//set 方法
public void set(T value) {
      //获取当前线程
      Thread t = Thread.currentThread();
      //实际存储的数据结构类型
      ThreadLocalMap map = getMap(t);
      //如果存在map就直接set,没有则创建map并set
      if (map != null)
          map.set(this, value);
      else
          createMap(t, value);
  }
  
//getMap方法
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
      //thred中维护了一个ThreadLocalMap
      return t.threadLocals;
 }
 
//createMap
void createMap(Thread t, T firstValue) {
      //实例化一个新的ThreadLocalMap,并赋值给线程的成员变量threadLocals
      t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

从上面代码可以看出每个线程持有一个ThreadLocalMap对象。每一个新的线程Thread都会实例化一个ThreadLocalMap赋值给成员变量ThreadLocals,使用时若已经存在ThreadLocals则直接使用已经存在的对象,而后更新put()中对应的值。


1、Thread

    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

Thread中关于ThreadLocalMap部分的相关声明,接下来看下createMap方法中的实例化过程

2、ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是以数组(通过元素往后移动解决hash冲突)的形式进行存储,与HashMap不一样,不存在hash冲突的情况后生成单链表的情况。

  • set()方法

//Entry为ThreadLocalMap静态内部类,对ThreadLocal的若引用
//同时让ThreadLocal和储值形成key-value的关系
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
           super(k);
           value = v;
    }
}

//ThreadLocalMap构造方法
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
        //内部成员数组,INITIAL_CAPACITY值为16的常量
        table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
        //位运算,结果与取模相同,计算出需要存放的位置
        //threadLocalHashCode比较有趣
        int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
        table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
        size = 1;
        setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

通过上述的代码不难看出在实例化ThreadLocalMap时创建了一个长度为16的Entry数组。通过hashCode与length位运算确定出一个索引值i,这个i就是被存储在table数组中的位置。

前面讲过每个线程Thread持有一个ThreadLocalMap类型实例threadLocals,结合此处的构造方法可以理解每个线程Thread都持有一个Entry型数组table,而一切的读取过程都是通过操作这个数组table完成的。

显然table是set和get的焦点,在看具体的set和get方法之前,先看下面这段代码:

//在某一线程声明了ABC三种类型的ThreadLocal
ThreadLocal<A> sThreadLocalA = new ThreadLocal<A>();
ThreadLocal<B> sThreadLocalB = new ThreadLocal<B>();
ThreadLocal<C> sThreadLocalC = new ThreadLocal<C>();

由前面我们知道对于一个Thread来说只有持有一个ThreadLocalMap,所以ABC同一个ThreadLocalMap对象。为了管理ABC,于是将它们存储在一个数组的不同位置,而这个数组就是上面提到的Entry型的数组table。

那么问题来了,ABC在table中的位置是如何确定的?为了能正常的访问对应的值,肯定存在一种方法计算出确定的索引值i,如下:

  //ThreadLocalMap中set方法。
 private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            //根据哈希值计算位置
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            
            //判断当前位置是否有数据,如果key值相同,就替换,如果不同则找空位放数据。
            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {//获取下一个位置的数据
                ThreadLocal<?> k = e.get();
            //判断key值相同否,如果是直接覆盖 (第一种情况)
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
            //如果当前Entry对象对应Key值为null,则清空所有Key为null的数据(第二种情况)
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
            //以上情况都不满足,直接添加(第三种情况)
            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)//如果当前数组到达阀值,那么就进行扩容。
                rehash();
        }

理解了set()方法,get()方法也就很清楚了,无非就是通过计算出索引直接从数组对应位置读取即可。

ThreadLocal实现主要涉及Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap这三个类,关于ThreadLocal的实现正如上面写的那样,实际代码还有很多细节处理的部分并没有给出。


总结:ThreadLocal特性:

ThreadLocalSynchronized都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题,不同的点是:

  • Synchronized是通过线程等待牺牲时间来解决访问冲突
  • ThreadLocal是通过每个线程单独一份存储空间牺牲空间来解决冲突,并且相对于Synchronized,ThreadLocal具有线程隔离的效果,只有在线程内才能获取到对应的值,线程外则不能访问想要的值


正因为ThreadLocal的线程隔离特性,使他的应用场景相对来说更为特殊一些。在Android中Looper、ActivityThread以及AMS中都用到了ThreadLocal。当某些数据以线程为作用域并且不同线程具有不同的数据副本时就要考虑采用ThreadLocal


参考文献:ThreadLocalAndroid Handler机制之ThreadLocal