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Java并发编程之ThreadLocal源码分析(一)
2018-01-02 06:06:35 】 浏览:185
Tags:Java 并发 编程 ThreadLocal 源码 分析

??什么是ThreadLocal?顾名思义:线程本地变量,它为每个使用该对象的线程创建了一个独立的变量副本。


??用一句话总结ThreadLocal真的实在是太苍白无力了!我们通过一个简单的例子入手。比如现在有A和B两台服务器需要通过http请求传递数据,但又希望数据安全性有一定保障,因此发送方A决定用AES算法对传输数据加密后再发送给B。接受方B收到数据后,通过密钥解密数据并进行后续的业务处理。
??对数据进行AES解密,接收方B可选择JAVA提供的Cipher类来实现。我们在调用Cipher类进行解密时时,需要获取Cipher对象的实例,如下所示:


??接着我们调用该实例就可以进行数据解密工作。但很不幸的是,Cipher类存在线程安全问题,它无法工作于多线程场景下。简单来说就是单个Cipher实例无法同时解密多条数据。
??那怎么办呢?
有没有什么办法能让每个线程拥有相同的instance实例,且彼此互不干扰呢?这个时候我们可以借助ThreadLocal类来实现特定功能,ThreadLocal能够为每个使用该对象的线程创建独立的变量的副本。这样就满足了我们的需求。


??后续篇幅我们会深入到ThreadLocal的源码层来探讨它的实现机制,在看ThreadLocal类的几个基本方法前,让我们先看一下ThreadLocal中静态类ThreadLocalMap的实现,它对于我们理解ThreadLocal有着举足轻重的作用!


??ThreadLocalMap是ThreadLocal类中的一个静态类,它拥有一个Entry数组类型的成员变量,名为table。这个Entry是啥?我们来看看。


??Entry类是ThreadLocalMap中的一个静态类,它继承了WeakReference类,同时拥有一个类型为Object的value成员变量。当我们创建Entry对象后,调用Entry.get()方法,获取到的实际上是ThreadLocal对象的弱引用。而这个设计则保证了Entry对象中保存的ThreadLocal弱引用是易被回收的。网上有很多关于ThreadLocal对象是否会引发内存泄漏的文章,这里的内存泄漏通常指的不是entry的key,也就是ThreadLocal的弱引用。而是这里的value对象。实际上ThreadLocalMap自身提供了一套回收无用Entry节点的机制。在后面我们会聊到它的实现。关于ThreadLocal是否会引发内存泄漏,这里暂时不做探讨。


??ThreadLocalMap类持有一个Entry数组,名为table。当我们调用ThreadLocalMap的set()方法时,其实就是更新table中某个Entry,或往table中插入一个Entry。set()方法其实是根据threadLocal对象的threadLocalHashCode来计算当前Entry节点应落入什么位置。当然存在多个entry落入位置发生冲突的情况,在ThreadLocal中使用了线性探测法来解决冲突。知道了这一点,那set方法的实现思路就很清晰了。就是找一个位置让我放节点嘛!如果已经有现成的了,更新一下value就行。要是找不到,那我就按线性探测法来找落入位置就好了嘛。值得注意的是replaceStaleEntry()方法!当entry节点不为空,而key为null时会调用这个方法。这个方法看名字好像是用来替换过时的Entry节点的?我们来看一下它到底是干嘛的?


??这个方法好像还挺长的,上面我们已经猜测过它的用途了,现在我们就来揭开它的庐山真面目。
??首先关注一个这个方法的参数:


??第一个参数就是我们的key,估摸着还是用来计算hash值找位置的;第二个就是要放的value了;第三个staleSlot呢?我们上面好像是找到了一个key为null的entry节点吧?没错,这个staleSlot就是这个节点在tab中的位置了。然后从这个staleSlot节点开始往前找,如果发现某个entry不为空,但key等于null,用slotToExpunge记录下它的位置,直到往前找到一个entry为null的节点停止。这个slotToExpunge是用来干嘛的呢?后面会提到。
??我们接着看。往前找完之后,我们又从staleSlot的下一个节点开始往后找,如果发现了某个节点的键值等于我们的key。我们是不是应该用我们的value替换掉这个位置原先的值呢?好像是应该替换。但是别忘记了前面还有个key为null的entry节点呢!由于之前key为null的节点和当前节点计算出来hash值其实是一样的。这里我们将e节点的值更新为最新的value后,互换tab[i]和entry的位置。这一步的目的是什么呢?我猜大概是这样的,因为ThreadLocalMap是根据线性探测法来解决冲突的,因此可能会出现key的哈希值相同但散落位置不连续的情况。为了在一定程度上提高查找哈希值相同entry节点的效率,交换一下位置会是更好的选择。同时接下来会执行cleanSomeSlots()方法。我们上面的for循环会一直往后找,直到发现一个null节点为止。如果找到了null节点,那就说明按照线性探测法找不到这个节点了啊!那咋办呢?staleSlot节点不是空着呢么。直接塞进去不就完事了。。
??最后一句又调用了cleanSomeSlots()方法。下面就轮到它了。。


??在看cleanSomeSlots()方法前,还得看expungeStaleEntry()。有时候不得不说,好的java命名规范,真的是很重要啊!看到这个方法的名字就知道它大概是用来清理过期节点的。回想一下,有什么节点是需要我们的清理的吗?好像有。。前面是不是有找到过key为null的entry节点啊?这个key为null的节点好像没啥用啊!


??还记得这个slotToExpunge吗?不记得了的话往前翻一翻。这个slotToExpunge位置指向了一个key为null的entry节点。既然知道这个节点是没用的,那它就应该被回收。这里就很直接粗暴了,直接把它直接null以待后面垃圾回收器清理。清理完之后,又是一个for循环。如果key为null,将该entry置为null。如果不为null,重新计算一下hash值,如果位置与当前位置不同,需要重新找一个位置放该节点。当然也是利用线性探测法了,找到连续位置后面第一个为null的节点放置。
??最后返回的节点为从slotToExpunge往后的第一个值为null的entry节点。
??再看看cleanSomeSlots方法主体。


??这个方法顾名思义是用来清理某些节点的。清理啥节点呢?还是那些不为null但是key为null的节点。参数n决定了for循环要执行的次数。>>>在java中是无符号位移的意思,也就是说如果每次循环tab[i]均不需要清理,最多会执行logn次。如果有需要清理的节点,就会调用expungeStaleEntry()方法去回收这个节点。
??上面说了这么一大堆,终于把ThreadLocalMap的set()方法说完了。下面接着来看getEntry()方法。


??getEntry()方法比较简单。先根据key值计算出对应在
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