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。

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  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。

1. ThreadLocal.ThreadLocalMap 何时初始化？
2. 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

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 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。