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Java中的ThreadLocal源码解析(上)

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这一篇之所以讲ThreadLocal,是因为之前在读Handler,Looper的源码过程(见http://maosidiaoxian.iteye.com/blog/1927735)中,看到了这个类,引起了我的兴趣。而后来发现JAVA1.6中的TheadLocal类,和我在android源码看到的这个ThreadLocal类代码是不一样的。所以这篇先讲一下Java的ThreadLocal。 
Java中ThreadLocal在Java1.2就已经提出了,后来重构过,所以我在想android中的这个类的实现是不是重构过之前的版本优化过的,由于未找到早前版本该类的代码,所以只能进行猜测。 

ThreadLocal用于提供线程局部变量,即通过这里的get()和set()方法访问某个变量的线程都有自己的局部变量。但在这里需要注意的是,它是通过各个线程自己创建对象然后调用这里的set方法设置进去,而不是由ThreadLocal自己来创建变量的副本的。就像上面链接的那一篇文章里面提到的android的Looper类所用的(虽然Android里ThreadLocal实现代码不一样,但用法是一样的),代码如下: 

Java  
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();  
private static void prepare(boolean quitAllowed) {  
    if (sThreadLocal.get() != null) {  
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");  
    }  
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));  
}

可以看到,线程中的局部变量,是在线程中创建,然后调用ThreadLocal.set()方法设置进去的。 

下面详细读一下ThreadLocal这个类,看看它是怎么实现的(jdk1.6的源码)。

vvvvvvvvvvv.jpg

从上图可以看到ThreadLocal有三个变(常)量,代码如下: 

Java代码  收藏代码

/** 
 * ThreadLocals rely on per-thread linear-probe hash maps attached 
 * to each thread (Thread.threadLocals and 
 * inheritableThreadLocals).  The ThreadLocal objects act as keys, 
 * searched via threadLocalHashCode.  This is a custom hash code 
 * (useful only within ThreadLocalMaps) that eliminates collisions 
 * in the common case where consecutively constructed ThreadLocals 
 * are used by the same threads, while remaining well-behaved in 
 * less common cases. 
 */  
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();  
  
/** 
 * The next hash code to be given out. Updated atomically. Starts at 
 * zero. 
 */  
private static AtomicInteger nextHashCode =  
    new AtomicInteger();  
  
/** 
 * The difference between successively generated hash codes - turns 
 * implicit sequential thread-local IDs into near-optimally spread 
 * multiplicative hash values for power-of-two-sized tables. 
 */  
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

其中HASH_INCREMENT 是一个常量,它表示连续的两个ThreadLocal实例的threadLocalHashCode值的增量。至于为什么用0x61c88647常量,我也没明白,只百度出一堆跟加密算法有关的内容。nextHashCode变量是AtomicInteger类型,AtomicInteger是一个提供原子操作的Integer类,简单而言就是不用Synchronized关键字也可以进行线程安全的加减操作。 

当创建一个ThreadLocal对象时,会进行以下操作: 

Java代码  收藏代码

public ThreadLocal() {  
}  
  
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

我们再来看nextHashCode()这个方法,代码如下: 

Java代码  收藏代码

/** 
 * Returns the next hash code. 
 */  
private static int nextHashCode() {  
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);  
}

它是返回一个hash code,同时对nextHashCode加上增量HASH_INCREMENT。也就是在初始化ThreadLocal的实例过程中,做的仅仅是将一个哈希值赋给实例的threadLocalHashCode,并生成下一个哈希值。而前面可以看到threadLocalHashCode是final的,在个类中,它用来区分不同的ThreadLocal对象。 

在前面的图当中,我们可以看到在ThreadLocal里还有一个ThreadLocalMap的内部类,从类名来看应该是被设计来保存线程局部变量的Map,但是在ThreadLocal类或它的实例当中,并没有其他变量,那么通过ThreadLocal.set()放进去的值又是怎么保存的呢? 
我们继续看ThreadLocal的set()和其他方法: 

Java代码  收藏代码

/** 
 * Sets the current thread's copy of this thread-local variable 
 * to the specified value.  Most subclasses will have no need to 
 * override this method, relying solely on the {@link #initialValue} 
 * method to set the values of thread-locals. 
 * 
 * @param value the value to be stored in the current thread's copy of 
 *        this thread-local. 
 */  
public void set(T value) {  
    Thread t = Thread.currentThread();  
    ThreadLocalMap map = getMap(t);  
    if (map != null)  
        map.set(this, value);  
    else  
        createMap(t, value);  
}  
  
/** 
 * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in 
 * InheritableThreadLocal. 
 * 
 * @param  t the current thread 
 * @return the map 
 */  
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {  
    return t.threadLocals;  
}  
  
/** 
 * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in 
 * InheritableThreadLocal. 
 * 
 * @param t the current thread 
 * @param firstValue value for the initial entry of the map 
 * @param map the map to store. 
 */  
void createMap(Thread t, T firstValue) {  
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);  
}

从上面的代码可以看到,set()方法是调用ThreadLocalMap.set()方法保存到ThreadLocalMap实例当中,但是ThreadLocalMap实例却不是保存在Thread中,它通过getMap()方法去取,当取不到的时候就去创建,但是创建之后却是保存在Thread实例中。可以看到Thread.java的代码有如下声明: 

Java代码  收藏代码

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

这种设计很巧妙,线程中有各自的map,而把ThreadLocal实例作为key,这样除了当线程销毁时相关的线程局部变量被销毁之外,还让性能提升了很多。 

看完set()方法,再来看get()方法,它的代码如下: 

Java代码  收藏代码

/** 
 * Returns the value in the current thread's copy of this 
 * thread-local variable.  If the variable has no value for the 
 * current thread, it is first initialized to the value returned 
 * by an invocation of the {@link #initialValue} method. 
 * 
 * @return the current thread's value of this thread-local 
 */  
public T get() {  
    Thread t = Thread.currentThread();  
    ThreadLocalMap map = getMap(t);  
    if (map != null) {  
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);  
        if (e != null)  
            return (T)e.value;  
    }  
    return setInitialValue();  
}  
  
/** 
 * Variant of set() to establish initialValue. Used instead 
 * of set() in case user has overridden the set() method. 
 * 
 * @return the initial value 
 */  
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;  
}  
  
/** 
 * Returns the current thread's "initial value" for this 
 * thread-local variable.  This method will be invoked the first 
 * time a thread accesses the variable with the {@link #get} 
 * method, unless the thread previously invoked the {@link #set} 
 * method, in which case the <tt>initialValue</tt> method will not 
 * be invoked for the thread.  Normally, this method is invoked at 
 * most once per thread, but it may be invoked again in case of 
 * subsequent invocations of {@link #remove} followed by {@link #get}. 
 * 
 * <p>This implementation simply returns <tt>null</tt>; if the 
 * programmer desires thread-local variables to have an initial 
 * value other than <tt>null</tt>, <tt>ThreadLocal</tt> must be 
 * subclassed, and this method overridden.  Typically, an 
 * anonymous inner class will be used. 
 * 
 * @return the initial value for this thread-local 
 */  
protected T initialValue() {  
    return null;  
}

可以看到在get()方法中,是通过当前线程获取map,再从map当中取得对象。如果取不到(如map为null或取到的值为null),则调用setInitialValue()方法对其设置初始值。setInitialValue()方法会调用initialValue()方法得到一个初始值(默认为null),然后当Thread中的map不为空时,把初始值设置进去,否则为它创建一个ThreadLocalMap对象(但不会调用map的set方法保存这个初始值),最后返回这个初始值。 

最后看remove()方法,它提供了移除此线程局部变量在当前进程的值。代码如下:

Java代码  收藏代码

/** 
 * Removes the current thread's value for this thread-local 
 * variable.  If this thread-local variable is subsequently 
 * {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be 
 * reinitialized by invoking its {@link #initialValue} method, 
 * unless its value is {@linkplain #set set} by the current thread 
 * in the interim.  This may result in multiple invocations of the 
 * <tt>initialValue</tt> method in the current thread. 
 * 
 * @since 1.5 
 */  
 public void remove() {  
     ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());  
     if (m != null)  
         m.remove(this);  
 }

转载自:http://maosidiaoxian.iteye.com/blog/1939142

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