這篇文章主要介紹“Java編程中的ThreadLocal怎么使用”，在日常操作中，相信很多人在Java編程中的ThreadLocal怎么使用問(wèn)題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”Java編程中的ThreadLocal怎么使用”的疑惑有所幫助！接下來(lái)，請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！

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引導(dǎo)語(yǔ)

ThreadLocal 提供了一種方式，讓在多線程環(huán)境下，每個(gè)線程都可以擁有自己獨(dú)特的數(shù)據(jù)，并且可以在整個(gè)線程執(zhí)行過(guò)程中，從上而下的傳遞。

1、用法演示

可能很多同學(xué)沒(méi)有使用過(guò) ThreadLocal，我們先來(lái)演示下 ThreadLocal 的用法，demo 如下：

/**
 * ThreadLocal 中保存的數(shù)據(jù)是 Map
 */
static final ThreadLocal> context = new ThreadLocal<>();
@Test
public void testThread() {
  // 從上下文中拿出 Map
  Map contextMap = context.get();
  if (CollectionUtils.isEmpty(contextMap)) {
    contextMap = Maps.newHashMap();
  }
  contextMap.put("key1", "value1");
  context.set(contextMap);
  log.info("key1，value1被放到上下文中");
	// 從上下文中拿出剛才放進(jìn)去的數(shù)據(jù)
  getFromComtext();
}
private String getFromComtext() {
  String value1 = context.get().get("key1");
  log.info("從 ThreadLocal 中取出上下文，key1 對(duì)應(yīng)的值為：{}", value1);
  return value1;
}
//運(yùn)行結(jié)果:
demo.ninth.ThreadLocalDemo - key1，value1被放到上下文中
demo.ninth.ThreadLocalDemo - 從 ThreadLocal 中取出上下文，key1 對(duì)應(yīng)的值為：value1

從運(yùn)行結(jié)果中可以看到，key1 對(duì)應(yīng)的值已經(jīng)從上下文中拿到了。

getFromComtext 方法是沒(méi)有接受任何入?yún)⒌?，通過(guò) context.get().get(“key1”) 這行代碼就從上下文中拿到了 key1 的值，接下來(lái)我們一起來(lái)看下 ThreadLocal 底層是如何實(shí)現(xiàn)上下文的傳遞的。

2、類結(jié)構(gòu)

2.1、類泛型

ThreadLocal 定義類時(shí)帶有泛型，說(shuō)明 ThreadLocal 可以儲(chǔ)存任意格式的數(shù)據(jù)，源碼如下：

public class ThreadLocal {}

2.2、關(guān)鍵屬性

ThreadLocal 有幾個(gè)關(guān)鍵屬性，我們一一看下：

// threadLocalHashCode 表示當(dāng)前 ThreadLocal 的 hashCode，用于計(jì)算當(dāng)前 ThreadLocal 在 ThreadLocalMap 中的索引位置
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
// 計(jì)算 ThreadLocal 的 hashCode 值(就是遞增)
private static int nextHashCode() {
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
// static + AtomicInteger 保證了在一臺(tái)機(jī)器中每個(gè) ThreadLocal 的 threadLocalHashCode 是唯一的
// 被 static 修飾非常關(guān)鍵，因?yàn)橐粋€(gè)線程在處理業(yè)務(wù)的過(guò)程中，ThreadLocalMap 是會(huì)被 set 多個(gè) ThreadLocal 的，多個(gè) ThreadLocal 就依靠 threadLocalHashCode 進(jìn)行區(qū)分
private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();

還有一個(gè)重要屬性：ThreadLocalMap，當(dāng)一個(gè)線程有多個(gè) ThreadLocal 時(shí)，需要一個(gè)容器來(lái)管理多個(gè) ThreadLocal，ThreadLocalMap 的作用就是這個(gè)，管理線程中多個(gè) ThreadLocal。

2.2.1、ThreadLocalMap

ThreadLocalMap 本身就是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Map 結(jié)構(gòu)，key 是 ThreadLocal，value 是 ThreadLocal 保存的值，底層是數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，源碼如下：

// threadLocalHashCode 表示當(dāng)前 ThreadLocal 的 hashCode，用于計(jì)算當(dāng)前 ThreadLocal 在 ThreadLocalMap 中的索引位置
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
// 計(jì)算 ThreadLocal 的 hashCode 值(就是遞增)
private static int nextHashCode() {
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
// static + AtomicInteger 保證了在一臺(tái)機(jī)器中每個(gè) ThreadLocal 的 threadLocalHashCode 是唯一的
// 被 static 修飾非常關(guān)鍵，因?yàn)橐粋€(gè)線程在處理業(yè)務(wù)的過(guò)程中，ThreadLocalMap 是會(huì)被 set 多個(gè) ThreadLocal 的，多個(gè) ThreadLocal 就依靠 threadLocalHashCode 進(jìn)行區(qū)分
private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();

從源碼中看到 ThreadLocalMap 其實(shí)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Map 結(jié)構(gòu)，底層是數(shù)組，有初始化大小，也有擴(kuò)容閾值大小，數(shù)組的元素是 Entry，Entry 的 key 就是 ThreadLocal 的引用，value 是 ThreadLocal 的值。

3、ThreadLocal 是如何做到線程之間數(shù)據(jù)隔離的

ThreadLocal 是線程安全的，我們可以放心使用，主要因?yàn)槭?ThreadLocalMap 是線程的屬性，我們看下線程 Thread 的源碼，如下：

從上圖中，我們可以看到 ThreadLocals.ThreadLocalMap 和 InheritableThreadLocals.ThreadLocalMap 分別是線程的屬性，所以每個(gè)線程的 ThreadLocals 都是隔離獨(dú)享的。

父線程在創(chuàng)建子線程的情況下，會(huì)拷貝 inheritableThreadLocals 的值，但不會(huì)拷貝 threadLocals 的值，源碼如下：

從上圖中我們可以看到，在線程創(chuàng)建時(shí)，會(huì)把父線程的 inheritableThreadLocals 屬性值進(jìn)行拷貝。

4、set 方法

set 方法的主要作用是往當(dāng)前 ThreadLocal 里面 set 值，假如當(dāng)前 ThreadLocal 的泛型是 Map，那么就是往當(dāng)前 ThreadLocal 里面 set map，源碼如下：

// set 操作每個(gè)線程都是串行的，不會(huì)有線程安全的問(wèn)題
public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 當(dāng)前 thradLocal 之前有設(shè)置值，直接設(shè)置，否則初始化
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    // 初始化ThreadLocalMap
    else
        createMap(t, value);
}

代碼邏輯比較清晰，我們?cè)谝黄饋?lái)看下 ThreadLocalMap.set 的源碼，如下：

private void set(ThreadLocal key, Object value) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    // 計(jì)算 key 在數(shù)組中的下標(biāo)，其實(shí)就是 ThreadLocal 的 hashCode 和數(shù)組大小-1取余
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
 
    // 整體策略：查看 i 索引位置有沒(méi)有值，有值的話，索引位置 + 1，直到找到?jīng)]有值的位置
    // 這種解決 hash 沖突的策略，也導(dǎo)致了其在 get 時(shí)查找策略有所不同，體現(xiàn)在 getEntryAfterMiss 中
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         // nextIndex 就是讓在不超過(guò)數(shù)組長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，把數(shù)組的索引位置 + 1
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        ThreadLocal k = e.get();
        // 找到內(nèi)存地址一樣的 ThreadLocal，直接替換
        if (k == key) {
            e.value = value;
            return;
        }
        // 當(dāng)前 key 是 null，說(shuō)明 ThreadLocal 被清理了，直接替換掉
        if (k == null) {
            replaceStaleEntry(key, value, i);
            return;
        }
    }
    // 當(dāng)前 i 位置是無(wú)值的，可以被當(dāng)前 thradLocal 使用
    tab[i] = new Entry(key, value);
    int sz = ++size;
    // 當(dāng)數(shù)組大小大于等于擴(kuò)容閾值(數(shù)組大小的三分之二)時(shí)，進(jìn)行擴(kuò)容
    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
        rehash();
}

上面源碼我們注意幾點(diǎn)：

• 是通過(guò)遞增的 AtomicInteger 作為 ThreadLocal 的 hashCode 的；

• 計(jì)算數(shù)組索引位置的公式是：hashCode 取模數(shù)組大小，由于 hashCode 不斷自增，所以不同的 hashCode 大概率上會(huì)計(jì)算到同一個(gè)數(shù)組的索引位置（但這個(gè)不用擔(dān)心，在實(shí)際項(xiàng)目中，ThreadLocal 都很少，基本上不會(huì)沖突）；

• 通過(guò) hashCode 計(jì)算的索引位置 i 處如果已經(jīng)有值了，會(huì)從 i 開始，通過(guò) +1 不斷的往后尋找，直到找到索引位置為空的地方，把當(dāng)前 ThreadLocal 作為 key 放進(jìn)去。

好在日常工作中使用 ThreadLocal 時(shí)，常常只使用 1~2 個(gè) ThreadLocal，通過(guò) hash 計(jì)算出重復(fù)的數(shù)組的概率并不是很大。

set 時(shí)的解決數(shù)組元素位置沖突的策略，也對(duì) get 方法產(chǎn)生了影響，接著我們一起來(lái)看一下 get 方法。

5、get 方法

get 方法主要是從 ThreadLocalMap 中拿到當(dāng)前 ThreadLocal 儲(chǔ)存的值，源碼如下：

public T get() {
    // 因?yàn)?nbsp;threadLocal 屬于線程的屬性，所以需要先把當(dāng)前線程拿出來(lái)
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 從線程中拿到 ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        // 從 map 中拿到 entry，由于 ThreadLocalMap 在 set 時(shí)的 hash 沖突的策略不同，導(dǎo)致拿的時(shí)候邏輯也不太一樣
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        // 如果不為空，讀取當(dāng)前 ThreadLocal 中保存的值
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    // 否則給當(dāng)前線程的 ThreadLocal 初始化，并返回初始值 null
    return setInitialValue();
}

接著我們來(lái)看下 ThreadLocalMap 的 getEntry 方法，源碼如下：

// 得到當(dāng)前 thradLocal 對(duì)應(yīng)的值，值的類型是由 thradLocal 的泛型決定的
// 由于 thradLocalMap set 時(shí)解決數(shù)組索引位置沖突的邏輯，導(dǎo)致 thradLocalMap get 時(shí)的邏輯也是對(duì)應(yīng)的
// 首先嘗試根據(jù) hashcode 取模數(shù)組大小-1 = 索引位置 i 尋找，找不到的話，自旋把 i+1，直到找到索引位置不為空為止
private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
    // 計(jì)算索引位置：ThreadLocal 的 hashCode 取模數(shù)組大小-1
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    Entry e = table[i];
    // e 不為空，并且 e 的 ThreadLocal 的內(nèi)存地址和 key 相同，直接返回，否則就是沒(méi)有找到，繼續(xù)通過(guò) getEntryAfterMiss 方法找
    if (e != null && e.get() == key)
        return e;
    else
    // 這個(gè)取數(shù)據(jù)的邏輯，是因?yàn)?nbsp;set 時(shí)數(shù)組索引位置沖突造成的  
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

// 自旋 i+1，直到找到為止
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    // 在大量使用不同 key 的 ThreadLocal 時(shí)，其實(shí)還蠻耗性能的
    while (e != null) {
        ThreadLocal k = e.get();
        // 內(nèi)存地址一樣，表示找到了
        if (k == key)
            return e;
        // 刪除沒(méi)用的 key
        if (k == null)
            expungeStaleEntry(i);
        // 繼續(xù)使索引位置 + 1
        else
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;
}

get 邏輯源碼中注釋已經(jīng)寫的很清楚了，我們就不重復(fù)說(shuō)了。

6、擴(kuò)容

ThreadLocalMap 中的 ThreadLocal 的個(gè)數(shù)超過(guò)閾值時(shí)，ThreadLocalMap 就要開始擴(kuò)容了，我們一起來(lái)看下擴(kuò)容的邏輯：

//擴(kuò)容
private void resize() {
    // 拿出舊的數(shù)組
    Entry[] oldTab = table;
    int oldLen = oldTab.length;
    // 新數(shù)組的大小為老數(shù)組的兩倍
    int newLen = oldLen * 2;
    // 初始化新數(shù)組
    Entry[] newTab = new Entry[newLen];
    int count = 0;
    // 老數(shù)組的值拷貝到新數(shù)組上
    for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
        Entry e = oldTab[j];
        if (e != null) {
            ThreadLocal k = e.get();
            if (k == null) {
                e.value = null; // Help the GC
            } else {
                // 計(jì)算 ThreadLocal 在新數(shù)組中的位置
                int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                // 如果索引 h 的位置值不為空，往后+1，直到找到值為空的索引位置
                while (newTab[h] != null)
                    h = nextIndex(h, newLen);
                // 給新數(shù)組賦值
                newTab[h] = e;
                count++;
            }
        }
    }
    // 給新數(shù)組初始化下次擴(kuò)容閾值，為數(shù)組長(zhǎng)度的三分之二
    setThreshold(newLen);
    size = count;
    table = newTab;
}

源碼注解也比較清晰，我們注意兩點(diǎn)：

• 擴(kuò)容后數(shù)組大小是原來(lái)數(shù)組的兩倍；

• 擴(kuò)容時(shí)是絕對(duì)沒(méi)有線程安全問(wèn)題的，因?yàn)?ThreadLocalMap 是線程的一個(gè)屬性，一個(gè)線程同一時(shí)刻只能對(duì) ThreadLocalMap 進(jìn)行操作，因?yàn)橥粋€(gè)線程執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯必然是串行的，那么操作 ThreadLocalMap 必然也是串行的。

到此，關(guān)于“Java編程中的ThreadLocal怎么使用”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章！