Java ThreadLocal源码解析: ThreadLocalMap

短命女 2022-05-09 04:08 230阅读 0赞

ThreadLocalMap在比其中Thread和ThreadLocal部分要复杂很多，是ThreadLocal底层存储和核心数据结构。从整体上将，ThreadLocalMap底层是Entry数组，key值为ThreadLocal的hash code, 采用线性探测法解决哈希冲突。

以下是ThreadLocalMap核心属性和方法，所有方法和属性都标识为private，仅为ThreadLocal可以访问：  
![在这里插入图片描述][70]

**ThreadLocalMap核心属性分析,主要包括底层存储数据结构，相关阈值计算，但负载因子计算貌似有点怪：**

/**
         * Entry[] table数组的初始大小为16，这个数值必须为2的幂次方
         */
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
    
        /**
         * 最终落地存储的数据结构是数组，其中Entry是个内部类，可以理解为key-value结构，
         * 这个数组的长度必须是2的幂
         */
        private Entry[] table;
    
        /**
         * 数组中实际占用了的个数
         */
        private int size = 0;
    
        /**
         * 阈值，达到这个阈值，将对数组进行扩容，因此需要进行rehash
         */
        private int threshold; // Default to 0
    
        /**
         * 这个方法就是设置threshold，是总长度的2/3
         */
        private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
        }
        
        // 这些都是用来解决冲突的，说白了如果i这个位置被占了，获取i+1位置
        private static int nextIndex(int i, int len) {
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }
    
        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
        }

**以下为ThreadLocalMap的构造函数，分别是通过ThreadLocal和value值，和通过已有ThreadLocalMap构造：**

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {    // 实际上就是key value对
                table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];   // 以初始化大小创建Entry数组
                int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);  // 生成hash值，这个值为啥要选这个值？
                table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);   // 设置找到的位置的值
                size = 1;  // 大小为1
                setThreshold(INITIAL_CAPACITY);   // 更新扩容阈值
            }
    
            private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
                Entry[] parentTable = parentMap.table;
                int len = parentTable.length;
                setThreshold(len);
                table = new Entry[len];
    
                for (int j = 0; j < len; j++) {
                    Entry e = parentTable[j];
                    if (e != null) {          // 如果存在值
                        @SuppressWarnings("unchecked")
                        ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();    // 获取ThreadLocal
                        if (key != null) {      // 如果为空了就应该被回收掉
                            Object value = key.childValue(e.value);
                            Entry c = new Entry(key, value);
                            int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);   // 获取hash值
                            while (table[h] != null)    // 如果这个位置已经被占用了，访问下一个位置，直到不冲突，最终的效果是循环找
                                h = nextIndex(h, len);   // 当然是解决冲突
                            table[h] = c;   
                            size++;
                        }
                    }
                }
            }
    
    以下是ThreadLocalMap中核心操作方法，包括get，remove，rehash等基础实现：
    
        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {    // 根据ThreadLocal获取value值
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);  // 获取访问index
            Entry e = table[i];
            if (e != null && e.get() == key)  // 如果找到，并且验证
                return e;
            else   // 否者执行反向的hash的过程，其实就是从这个位置一个一个往下找
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);
        }
    
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {   // 循环从i位置往下找
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
    
            while (e != null) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key)  //找到了
                    return e;
                if (k == null)  // 发现断了,擦除失效的值
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    i = nextIndex(i, len);   //当前不匹配，找下一个值
                e = tab[i];
            }
            return null;
        }
        
       private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {  // 擦除失效的节点
                Entry[] tab = table;
                int len = tab.length;
    
                // expunge entry at staleSlot
                tab[staleSlot].value = null;   // staleSlot这个位置失效了，置为空，size减一
                tab[staleSlot] = null;
                size--;
    
                // Rehash until we encounter null 
                Entry e;
                int i;
                for (i = nextIndex(staleSlot, len);   // 后面的逻辑就是从这个位置开始作rehash, 因为这个空了，如果后面有有效的，拿上来填上
                     (e = tab[i]) != null;
                     i = nextIndex(i, len)) {
                    ThreadLocal<?> k = e.get();
                    if (k == null) {
                        e.value = null;
                        tab[i] = null;
                        size--;
                    } else {
                        int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                        if (h != i) {
                            tab[i] = null;
                            while (tab[h] != null)
                                h = nextIndex(h, len);
                            tab[h] = e;
                        }
                    }
                }
                return i;
            }
    
        private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {   // 找到合适位置安放当前值，如果有失效的点，
       
                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) {     // 如果当前这个ThreadLocal已经有了，将新value替换之前的
                        e.value = value;
                        return;
                    }
    
                    if (k == null) {    // 如果找到了一个key为空的位置，这个位置失效了，替换掉这个失效的位置
                        replaceStaleEntry(key, value, i);
                        return;
                    }
                }
    
                tab[i] = new Entry(key, value);
                int sz = ++size;
                if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)   // 
                    rehash();  // 大于threshold的0.75就重新hash
            }
            
            private void remove(ThreadLocal<?> key) {
                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)]) {
                    if (e.get() == key) {
                        e.clear();
                        expungeStaleEntry(i);
                        return;
                    }
                }
            }
         private void rehash() {
            expungeStaleEntries();
    
            if (size >= threshold - threshold / 4)    // 这里有个数组的总长度，阈值，rehash的阈值，大概是总长度的2/3*0.75时才rehash
                resize();
        }
    
        /**
         * Double the capacity of the table.
         */
        private void resize() {
            Entry[] oldTab = table;
            int oldLen = oldTab.length;
            int newLen = oldLen * 2;  // 扩容2倍
            Entry[] newTab = new Entry[newLen];
            int count = 0;
    
            for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {   // 重新hash
                Entry e = oldTab[j];
                if (e != null) {
                    ThreadLocal<?> k = e.get();
                    if (k == null) {
                        e.value = null; // Help the GC，失效的值
                    } else {
                        int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                        while (newTab[h] != null)    // 重新找到合适的位置
                            h = nextIndex(h, newLen);
                        newTab[h] = e;
                        count++;
                    }
                }
            }
    
            setThreshold(newLen);
            size = count;
            table = newTab;
        }

总结：**ThreadLocalMap的实现也不是很复杂，底层为一个数组，通过ThreadLocal的threadLocalHashCode作哈希，如果发现有实效的，触发清除失效值，达到阈值触发rehash，使用线性探测法定位hash位置，即通过hash值获取数组中的一个index位置，如果已被占用就去下一个位置，如果发现失效的，触发清除失效值。但是这里的负载因子有点怪，看起来需要经过两次计算，是2/3\*0.75，及0.5**

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