ThreadLocal的基本原理与实现

一、概念

　　首先，ThreadLocal并不是一个Thread，这个类提供了线程局部变量，这些变量不同于它们的普通对应物，因为访问某个变量的每个线程都有自己的局部变量，它独立于变量的初始化副本。

二、基本原理

　　ThreadLocal是如何做到为每一线程维护变量的副本的呢？下面通过源码(jdk1.7版本)来阐述ThreadLocal的基本原理。

　　在具体分析之前，先做几点说明：

　　1：在TreadLocal中有一个静态内部类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中又定义一个键值对Entry，它用ThreadLocal作为键值。我们看到在Thread类中有一个ThreadLocalMap的类型的变量叫做threadLocals。

　　下面具体分析一下ThreadLocal的两个关键函数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函数中，首先获取到当前的线程t，再根据t获取ThreadLocalMap。下面试getMap()函数：

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

　　可以看到，该函数返回就是我们上面提到的每个线程都有的ThreadLocalMap类型变量threadLocals。

　　如果map不为空，则根据map.getEntry(this)获取Entry键值对。注意：这里的this指的是当前的ThreadLocal对象，一个Thread可能对应不止一个ThreadLocal，想要知道具体是Thread对应的哪个ThreadLocal，就要在Thread中维护一个ThreadLocalMap，以ThreadLocal为键，就可以找到Thread在某个ThreadLocal里对应的本地数据。获取到Entry后，我们就可以拿到保存在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为空，则调用setInitialValue()函数进行初始化。并返回initialValue函数返回的值，不覆写initialValue的情况下，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函数同样是先获取ThreadLocalMap类型的变量map。

　　如果map不为空，则：

 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为空，则

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

三、总结

　　ThreadLocal是通过下面的方式来实现为每一个线程维护变量的副本的：

　　在ThreadLocal类中定义了一个ThreadLocalMap，每一个Thread都有一个ThreadLocalMap类型的变量threadLocals，就是用threadLocals来存储每一个线程的变量副本，threadLocals内部有一个Entry数组，我们根据键值线程对象，来找到对应线程的变量副本。