我的CSDN博客同步发布：ThreadLocal原理解析（2）：ThreadLocalMap源码解析

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跟上一篇文章【ThreadLocal原理解析（1）：数据存取】一样，本文是源码解析是基于JDK 1.7。

在上一篇文章【ThreadLocal原理解析（1）：数据存取】中，我们介绍了ThreadLocal读取数据的过程及原理。我们知道，ThreadLocal将变量的各个副本值保存在各个线程Thread对象实例里面。而Thread对象实例是通过ThreadLocalMap数据结构来存储副本值。可见，ThreadLocalMap在整个ThreadLocal机制中，起到重要作用。我们今天来学习一下，ThreadLocalMap具体是如何模拟实现类似Map接口的方法。

1 ThreadLocalMap源码解析

1.1 存储结构

上一篇文章中，我们说道，ThreadLocalMap中存储的是ThreadLocalMap.Entry（为了书写简单，后面直接写成Entry对象）对象。因此，在ThreadLocalMap中管理的也就是Entry对象。也就是说，ThreadLocalMap里面的大部分函数都是针对Entry的。

首先ThreadLocalMap需要一个“容器”来存储这些Entry对象，ThreadLocalMap中定义了Entry数组实例table，用于存储Entry。

  private Entry[] table;

也就是说，ThreadLocalMap维护一张哈希表（一个数组），表里面存储Entry。既然是哈希表，那肯定就会涉及到加载因子，即当表里面存储的对象达到容量的多少百分比的时候需要扩容。ThreadLocalMap中定义了threshold属性，当表里存储的对象数量超过threshold就会扩容。如下所示：

/**
 * The next size value at which to resize.
 */
private int threshold; // Default to 0

/**
 * Set the resize threshold to maintain at worst a 2/3 load factor.
 */
private void setThreshold(int len) {
    threshold = len * 2 / 3;
}

从上面代码看出，加载因子设置为2/3。即每次容量超过设定的len的2/3时，需要扩容。

1.2 存储Entry对象

首先看看数据是如何被放入到哈希表里面：

/**
 * Set the value associated with key.
 *
 * @param key the thread local object
 * @param value the value to be set
 */
private void set(ThreadLocal key, Object value) {

    // We don't use a fast path as with get() because it is at
    // least as common to use set() to create new entries as
    // it is to replace existing ones, in which case, a fast
    // path would fail more often than not.

    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();
}

从上面代码中看出，通过key（ThreadLocal类型）的hashcode来计算存储的索引位置i。如果i位置已经存储了对象，那么就往后挪一个位置依次类推，直到找到空的位置，再将对象存放。另外，在最后还需要判断一下当前的存储的对象个数是否已经超出了阈值（threshold的值）大小，如果超出了，需要重新扩充并将所有的对象重新计算位置（rehash函数来实现）。那么我们看看rehash函数如何实现的：

private void rehash() {
    expungeStaleEntries();

    // Use lower threshold for doubling to avoid hysteresis
    if (size >= threshold - threshold / 4)
        resize();
}

看到，rehash函数里面先调用了expungeStaleEntries函数，然后再判断当前存储对象的大小是否超出了阈值的3/4。如果超出了，再扩容。看的有点混乱。为什么不直接扩容并重新摆放对象？为啥要搞成这么复杂？

其实，上一篇文章我们提到，ThreadLocalMap里面存储的Entry对象本质上是一个WeakReference<ThreadLocal>。也就是说，ThreadLocalMap里面存储的对象本质是一个对ThreadLocal对象的弱引用，该ThreadLocal随时可能会被回收！即导致ThreadLocalMap里面对应的Value的Key是null。我们需要把这样的Entry给清除掉，不要让它们占坑。

expungeStaleEntries函数就是做这样的清理工作，清理完后，实际存储的对象数量自然会减少，这也不难理解后面的判断的约束条件为阈值的3/4，而不是阈值的大小。

那么如何判断哪些Entry是需要清理的呢？其实很简单，只需把ThreadLocalMap里面的key值遍历一遍，为null的直接删了即可。可是，前面我们说过，ThreadLocalMap并没有实现java.util.Map接口，即无法得到keySet。其实，不难发现，如果Key值为null，此时调用ThreadLocalMap的get(ThreadLocal)相当于get(null),get(null)返回的是null，这也就很好的解决了判断问题。也就是说，无需判断，直接根据get函数的返回值是不是null来判定需不需要将该Entry删除掉。注意，get返回null也有可能是key的值不为null，但是对于get返回为null的Entry，也没有占坑的必要，同样需要删掉，这么一来，就一举两得了。

注意，本文中所说的get函数是指getEntry.

1.3 获取Entry对象getEntry

我们看看getEntry函数：

/**
 * Get the entry associated with key.  This method
 * itself handles only the fast path: a direct hit of existing
 * key. It otherwise relays to getEntryAfterMiss.  This is
 * designed to maximize performance for direct hits, in part
 * by making this method readily inlinable.
 *
 * @param  key the thread local object
 * @return the entry associated with key, or null if no such
 */
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);
}

getEntry函数很简单，直接通过哈希码计算位置i，然后把哈希表中对应i位置的Entry对象拿出来。如果对应位置的值为null，这就存在如下几种可能：

key对应的值确实为null

由于位置冲突，key对应的值存储的位置并不在i位置上，即i位置上的null并不属于key的值。

因此，需要一个函数再次去确认key对应的value的值，即getEntryAfterMiss函数：

/**
 * Version of getEntry method for use when key is not found in
 * its direct hash slot.
 *
 * @param  key the thread local object
 * @param  i the table index for key's hash code
 * @param  e the entry at table[i]
 * @return the entry associated with key, or null if no such
 */
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    while (e != null) {
        ThreadLocal k = e.get();
        if (k == key)
            return e;
        if (k == null)
            expungeStaleEntry(i);
        else
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;
}

2 ThreadLocalMap.Entry对象

前面很多地方都在收ThreadLocalMap里面存储的是ThreadLocalMap.Entry对象，那么ThreadLocalMap.Entry对象到底是如何存储键值对的？同时又是如何做到对ThreadLocal对象进行弱引用？

先看看Entry类的源码：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

从源码的继承关系可以看到，Entry 是继承WeakReference<ThreadLocal>。即Entry 本质上就是WeakReference<ThreadLocal>，换言之，Entry就是一个弱引用，具体讲，Entry实例就是对ThreadLocal某个实例的弱引用。只不过，Entry同时还保存了value。

好啦，到现在为止，相信你对Java中的ThreadLocalMap在心中多多少的有个新的认识了吧！

ThreadLocal原理解析（2）：ThreadLocalMap源码解析