Java線程本地存儲ThreadLocal

前言

• ThreadLocal 是一種 無同步 的線程安全實現
• 體現了 Thread-Specific Storage 模式：即便只有一個入口，內部也會爲每一個線程分配特有的存儲空間，線程間 沒有共享資源
• 本文將總結 ThreadLocal 的用法與實現細節，但願能幫上忙

ThreadLocal 思惟導圖

線程安全 示意圖

1. 用法

ThreadLocal 的用法很簡單， ThreadLocal 提供了下列的public與protected方法，本文將引用 android.os.Looper.java 爲例子講解 ThreadLocal 的用法：

ThradlLocal UML類圖

// /frameworks/base/core/java/android/os/Looper.java

public class Looper { // ... // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare(). 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"); } // 設置線程局部變量的值 sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); } public static Looper myLooper() { // 獲取線程局部變量的值 return sThreadLocal.get(); } public static void prepare() { prepare(true); } // ... }

• ThreadLocal 爲 static final變量 ，泛型參數爲 Looper ，表示接受 Looper 類型的值
• Looper#prepare() 中調用 ThreadLocal#set() 設置 變量的值，不一樣線程設置的值互不干擾，不會相互覆蓋
• Looper#myLooper() 中調用 ThreadLocal#get() 獲取 變量的值，不一樣線程獲取的值互不干擾

Timethreads圖 - 01

• 子類 重寫 ThreadLocal#initialValue() ，能夠設置變量的初始值，咱們查看相關源碼：

  public ConcurrentHashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR, DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL); } public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) { if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0) throw new IllegalArgumentException(); if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS) concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS; // Find power-of-two sizes best matching arguments int sshift = 0; int ssize = 1; while (ssize < concurrencyLevel) { ++sshift; ssize <<= 1; } this.segmentShift = 32 - sshift;//用於高位，判斷落在哪一個Segment this.segmentMask = ssize - 1;//用於取模。以前在hashmap的indexFor方法有提過。2的n次方-1 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; int c = initialCapacity / ssize; if (c * ssize < initialCapacity) ++c; int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY; while (cap < c) cap <<= 1; // create segments and segments[0] Segment<K,V> s0 = new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor), (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);//初始化第一個位置的Segment Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];//初始化Segments UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0] this.segments = ss; }

  • 在 ThreadLocal#get() 中嘗試獲取變量的值，若是爲空則會調用 ThreadLocal#setInitialValue() 設置設置初始值
  • 懶初始化 ：直到第一次調用 get() 纔會設置初值
  • 默認 ：設置初始值爲 null

• ThreadLocal#remove() 用於 移除 變量以前存儲的值。若是在當前線程下次調用 ThreadLocal#get() 時，尚未 set() 新的值，依舊會使用 ThreadLocal#setInitialValue() 設置初始值。

到這裏咱們就能夠總結 ThreadLocal 的生命週期，以下圖所示：

ThreadLocal生命週期 示意圖

2. 編程規約

記得嗎？《阿里巴巴Java開發手冊》中提到過關於 ThreadLocal 的編程規約，以下所示：

• 5.【強制】 SimpleDateFormate 是線程不安全的類，通常不要定義爲 static 變量，若是定義爲static，必須加鎖，或者使用 DateUtils 工具類

  正例：

  private static final ThreadLocal<DataFormat> df = new ThreadLocal<DateFormat>(){ @Override protected DateFormat initialValue(){ return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"); } };

  說明：若是是JDK8的應用，可使用 Instant 代替 Date ， LocalDateTime 代替 Calendar， DateTimeFormatter 代替 SimpleDateFormat ，官方給出的解釋：simple beautiful strong immutable thread-safe.

• 15.【參考】（原文過於囉嗦，如下爲筆者轉述） ThreadLocal 變量建議使用 static 修飾，能夠保證變量在類初始化時建立，全部類實例能夠共享同一個靜態變量。

  注意到了嗎？在文章開頭的Looper.java源碼中， ThreadLocal 變量就是使用 static 修飾的

看到這裏，相信你已經掌握了 ThreadLocal 的用法，下一篇文章將深刻 ThreadLocal 的內部，探討數據結構的實現細節。

Segment

ConcurrentHashMap是由多個Segment組成的，Segment繼承了ReentrantLock，每次加鎖都是對某個Segment，不會影響其餘Segment，達到了鎖分離（也叫分段鎖）的做用。

每一個Segment又包含了HashEntry數組，HashEntry是一個鏈表。以下圖所示：

concurrencyLevel：併發數，默認16，直接影響segmentShift和segmentMask的值，以及Segment的初始化數量。Segment初始化的數量，爲最接近且大於的辦等於2的N次方的值，好比concurrencyLevel=16，Segment數量爲16，concurrencyLevel=17，Segment數量爲32。segmentShift的值是這樣的，好比Segment是32，相對於2的5次方，那麼他的值就是32-5，爲27，後面無符號右移27位，也就是取高5位的時候，就是0到31的值，此時Segment的下標也是0到31，取模後對應着每一個Segment。segmentMask就是2的n次方-1，這邊n是5，用於取模。以前在hashmap的indexFor方法有提過。