线程本地存储（Thread Local Storage）

问题

如果一段代码中所需要的数据必须与其他代码共享，那么就需要看这些共享数据的代码能否在同一个线程中执行，如果能保证，那么我们就可以把共享数据的可见范围限制在同一线程之内，这样无须同步也能保证线程之间不出现数据的争用问题。

实现

在java中可以通过java.lang.ThreadLocal类来实现线程本地存储的功能。每个线程的Thread对象中都有一个ThreadLocalMap对象，这个对象存储了一组以TreadLocal.threadLocalHashCode为键，以本地线程变量为值的K-V值对，每一个ThreadLocal对象都包含了一个独一无二的threadLocalHashCode值，使用这个值就可以在线程K-V值对中找到对应的本地线程变量。

源码分析

测试代码

public class TestThreadLocal {
    private static final ThreadLocal value = new ThreadLocal() {
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(new TestThread(i)).start();
        }
    }

    static class TestThread implements Runnable {
        private int index;

        public TestThread(int index) {
            this.index = index;
        }

        public void run() {
            System.out.println("线程" + index + "的累加前:" + value.get());
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                value.set(value.get() + i);
            }
            System.out.println("线程" + index + "的累加后:" + value.get());
        }
    }
}

结果

Paste_Image.png

从上面的代码运行结果可以看出，各个线程的value值是相互独立的，本线程的累加操作不会影响到其他线程的值。

如何实现呢

这是JDK1.8版本的ThreadLocal的get（）方法

public T get() {
        //获取到当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //以当前线程为key拿到该线程自己的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            //根据ThreadLocal.threadLocalHashCode拿到Entry 
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                //Entry不为空，则返回value
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
 //ThreadLocalMap 为空或者e为空，则通过initialValue函数获取初始值value，
//然后用ThreadLocal的引用和value作为key和value创建一个新的Map
        return setInitialValue();
    }

//getEntry（）方法。根据ThreadLocal.threadLocalHashCode拿到Entry 
 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);
        }

 //setInitialValue（）方法。ThreadLocalMap 为空或者e为空，则通过initialValue函数获取初始值value，
//然后用ThreadLocal的引用和value作为key和value创建一个新的Map
 private T setInitialValue() {
        //value默认是NULL
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

以上就是get()方法的流程：
① 获取当前线程
②然后根据当前线程获取ThreadLocalMap
③如果获取的ThreadLocalMap不为空，则在ThreadLocalMap中以ThreadLocal.threadLocalHashCode为key拿到Entry，最后获取到value。如果ThreadLocalMap为空或者e为空，则转为④
④通过initialValue函数获取初始值value，然后用ThreadLocal的引用和value作为key和value创建一个新的Map

接下来看下ThreadLocal的set()方法

    public void set(T value) {
        //获取到当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //拿到当前线程的ThreadLocalMap 
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            //不为空，调用ThreadLocalMap 的set()方法设置值，代码在下面
            map.set(this, value);
        else
          //为空，用ThreadLocal的引用和value作为key和value创建一个新的Map
            createMap(t, value);
    }

//ThreadLocalMap 的set()方法
 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) {
                  //key一样，覆盖掉以前的值
                    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();
        }

参考

周志明：《深入理解Java虚拟机》