面试常问的ThreadLocal源码剖析

ThreadLocal用来提供线程级别变量，变量只对当前线程可见。相比与“使用锁控制共享变量访问顺序”的解决方案。ThreadLocal通过空间换时间的方案，规避了竞争问题，因为每个线程都有属于自己的变量。

此时就产生了第一个问题：线程如何维护属于自己的变量副本，搞懂了这个也就搞懂了其原理。

源码分析

一、首先看下Thread类

public class Thread implements Runnable {

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained

* by the ThreadLocal class. */

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

}

Thread中有一个 threadLocals 属性表示线程的本地变量。这个属性的类型是 ThreadLocal.ThreadLocalMap

二、ThreadLocalMap是啥？

ThreadLocalMap是 ThreadLocal的内部类，他是类 Map结构，也是存储 K-V结构数据，并用 Entry封装 K-V。不同的是 ThreadLocalMap的 Entry的 Key只能是 ThreadLocal类型对象，并且是一个弱引用。

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {

/** The value associated with this ThreadLocal. */

Object value;

Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {

super(k);

value = v;

}

也就是说线程通过一个类Map数据结构 ThreadLocal.ThreadLocalMap 来存储属于自己的线程变量。

ThreadLocal.ThreadLocalMap 何时初始化？
ThreadLocal.ThreadLocalMap 如何存取值？

三、ThreadLocal本尊

ThreadLocalMap赋值、取值操作的入口在其外部类 ThreadLocal中。

set(v)方法内调用 ThreadLocalMap 的 set(this,v)方法存值。（类似 Map的 put(k,v)方法）

public void set(T value) {

//1. 获取当前线程实例对象

Thread t = Thread.currentThread();

//2. 通过当前线程实例获取到ThreadLocalMap对象

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if (map != null)

//3. 如果Map不为null,则以当前threadLocl实例为key,值为value进行存入

map.set(this, value);

else

//4.map为null,则新建ThreadLocalMap并存入value

createMap(t, value);

}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {

return t.threadLocals;

}

void createMap(Thread t, T firstValue) {

t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);

}

get()方法内调用 ThreadLocalMap的 getEntry(this)方法取值（类似 Map的 get(k)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;

}

protected T initialValue() {

return null;

}

通过代码可以看出:

第一次操作线程的 ThreadLocalMap属性时，会初始化一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap， set(v)会存入以参数为 Value的 K/V数据， get()会存入以 null为 value的 K/V数据。
ThreadLocal.ThreadLocalMap 存值操作入口是 ThreadLocal.set(v)方法，并以当前 ThreadLocal变量为 key，参数为 value。
ThreadLocal.ThreadLocalMap 取值操作入口是 ThreadLocal.get(v)方法， key为当前ThreadLocal变量。

我们在从代码层面直观的体会这个操作：

ThreadLocal threadLocal1 = new ThreadLocal();

//如果第一次给线程赋值，此处类似

// Map map = new HashMap(); map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")

threadLocal1.set("变量第一次赋值");//类似map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")

threadLocal1.set("变量第二次赋值");//类似map.put(threadLocal1,"变量第一次赋值")

System.out.println(threadLocal1.get());//类似map.get(threadLocal1)

输出：变量第二次赋值

至此线程的本地变量的本质就清晰了。就是 Thread用类似 Map的 ThreadLocal.ThreadLocalMap数据结构来存储以 ThreadLocal类型的变量为 Key的数值，并用 ThreadLocal来存取删，操作 ThreadLocalMap。

当我们定义一个 ThreadLocal变量时，其实就是在定义一个 Key
当我们调用 set(v)方法时，就是以当前 ThreadLocal变量为 key，传入参数为 value，向 ThreadLocal.ThreadLocalMap存数据
当我们调用 get()方法时，就是以当前 ThreadLocal变量为 key，从 ThreadLocal.ThreadLocalMap取对应的数据

扩展

一、ThreadLocalMap的Hash冲突解决办法

采用线性探测的方式，根据 key计算 hash值，如果出现冲突，则向后探测，当到哈希表末尾的时候再从0开始，直到找到一个合适的位置。

这种算法也决定了 ThreadLocalMap不适合存储大量数据。

二、ThreadLocalMap的扩容问题

ThreadLocalMap初始大小为 16，加载因子为 2/3，当 size大于 threshold时，就会进行扩容。

扩容时，新建一个大小为原来数组长度的两倍的数组，然后遍历旧数组中的 entry并将其插入到新的hash数组中，在扩容的时候，会把 key为 null的 Entry的 value值设置为 null，以便内存回收，减少内存泄漏问题。