ThreadLocal,ThreadLocalMap,Thread 的相互关系以及设计原理分析

1.ThreadLocal.
真正关键的类是它的内部类ThreadLocalMap,ThreadLocal 基本上相当于一个代理，或者算是Facade模式的应用，还没想清楚这种设计的妙处。(经过分析，这种安排与弱引用的特性有关)

2.同时，Thread类中包含一个ThreadLocalMap类型的成员变量。

3.ThreadLocalMap的实现原理跟HashMap差不多，内部有一个Entry数组，一个Entry通常至少包括key,value, 查找时通过一定的运算规则运算Key的HASH值，来得到Entry在数组中的位置，进而得到相应的value。但是比较特殊的是，
<1>这个Entry继承了WeakReference，

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

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

注意super(K) 这句，它实际上真正弱引用的是ThreadLocal对象。
<2>同时它的成员的key也一直是负责管理它的ThreadLocal对象。

好了，至此，描述一下三者之间的结构：
ThreadLocal 负责管理ThreadLocalMap，包括插入，删除 等等，key就是ThreadLocal对象自己，同时，很重要的一点，就ThreadLocal把map存储在当前线程对象里面。看一下ThreadLocal的get，set方法就一目了然
get（）：

    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();
    }

set（）：

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

现在让我们站在线程的角度来看看三者之间如何互动：
假设 TA,TB 线程， 其中TA线程分别在 LA,LB ThreadLocal对象 分别插入 VA,VB 值对象， TB 在 LA,LC 对象中插入VA，VC 值对象，
则，TA 线程的ThreadLocalMap，存储 weak-reference(LA)-VA,wr(LB)-VB 两组值，
TB 线程里的ThreadLocalMap存储 wr(LA)-VA,wr(LC)-VC 。

为什么在ThreadLocalMap 中弱引用ThreadLocal对象呢，当然是从线程内存管理的角度出发的。
使用弱引用，使得ThreadLocalMap知道ThreadLocal对象是否已经失效，一旦该对象失效，也就是成为垃圾，那么它所操控的Map里的数据也就没有用处了，因为外界再也无法访问，进而决定插除Map中相关的值对象，Entry对象的引用，来保证Map总是保持尽可能的小。
总之，线程通过ThreadLocal 来给自己的map 添加值，删除值。同时一旦ThreadLocal本身成为垃圾，Map也能自动清除该ThreadLocal所操控的数据。

引用

/**
         * Heuristically scan some cells looking for stale entries.
         * This is invoked when either a new element is added, or
         * another stale one has been expunged. It performs a
         * logarithmic number of scans, as a balance between no
         * scanning (fast but retains garbage) and a number of scans
         * proportional to number of elements, that would find all
         * garbage but would cause some insertions to take O(n) time.

这样，通过设计一个代理类ThreadLocal，保证了我们只需要往Map里面塞数据，无需担心清除，这是普通map做不到的，

评论

4 楼 baitian 2011-04-21  

iq527 写道

引用

使得线程知道ThreadLocal对象是否已经失效，从而决定插除Map中相关的值对象，Entry对象的引用。

挑个刺,这个好像描述的不准确哈

贴上jdk6的源代码：

        /**
         * Expunge a stale entry by rehashing any possibly colliding entries
         * lying between staleSlot and the next null slot.  This also expunges
         * any other stale entries encountered before the trailing null.  See
         * Knuth, Section 6.4
         *
         * @param staleSlot index of slot known to have null key
         * @return the index of the next null slot after staleSlot
         * (all between staleSlot and this slot will have been checked
         * for expunging).
         */
        private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            // expunge entry at staleSlot
            tab[staleSlot].value = null;   
            tab[staleSlot] = null;
            size--;

            // Rehash until we encounter null
            Entry e;
            int i;
            for (i = nextIndex(staleSlot, len);
		 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                  ThreadLocal k = e.get();
                  if (k == null) {
                    e.value = null;
                    tab[i] = null;
                    size--;
                } else {
                    int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                    if (h != i) {
                        tab[i] = null;

                        // Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
                        // null because multiple entries could have been stale.
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    }
                }
            }
            return i;
        }

注意这句 ThreadLocal k = e.get()， 弱引用的典型用法，用来判断该对象是否已经失效了，或者被垃圾回收器回收了。

3 楼 iq527 2011-04-21  

引用

使得线程知道ThreadLocal对象是否已经失效，从而决定插除Map中相关的值对象，Entry对象的引用。

挑个刺,这个好像描述的不准确哈

2 楼 baitian 2011-04-19  

http://www.iteye.com/topic/103804
看了这个贴子，原来1.3以前map并不是分布在每个线程对象里的。将map分开以后提高了速度，因为map变小了。

1 楼 Technoboy 2011-04-19  

ThreadLocal应用在事物管理上比较多。