Java源码分析系列笔记-14.ThreadPool

舒菀菀 · 2025-6-26 17:38:48

1. 是什么
2. 如何使用
3. 原理分析
- 3.1. uml
- 3.2. 构造方法
- 3.3. set方法
  - 3.3.1. 先获取Thread对应的ThreadLocalMap
  - 3.3.2. 有的话调用ThreadLocalMap set方法插入ThreadLocal:value
    - 3.3.2.1. 发生Hash冲突则使用开放寻址法
  - 3.3.3. 没有则创建ThreadLocalMap并放入ThreadLocal:value
    - 3.3.3.1. ThreadLocalMap构造方法
- 3.4. get方法
  - 3.4.1. 先获取Thread对应的ThreadLocalMap
  - 3.4.2. Map不为空，那么从Map中获取key为当前ThreadLocal对象的Entry
    - 3.4.2.1. 使用开放寻址法继续寻找下一个位置
  - 3.4.3. Map为空，则向创建后初始化默认值Null
- 3.5. remove方法
  - 3.5.1. 先获取Thread对应的ThreadLocalMap
  - 3.5.2. 通过ThreadLocalMap remove key为当前ThreadLocal的Entry
4. 总结
5. 参考

1. 是什么

不是线程同步机制，是一种线程数据隔离机制。
多线程共享变量通信的情况下，我们需要保证线程安全。一种方法是使用锁，另一种就是数据隔离机制。
ThreadLocal用的是后一种，即每个线程操作的是自己独有的数据，因此互相之间不会影响
2. 如何使用

public class ThreadLocalTest
{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException
{
ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
threadLocal.set("main");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get());//main:main
Thread thread1 = new Thread(()->{
threadLocal.set("thread1");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get());//Thread-0:thread1
});
Thread thread2 = new Thread(()->{
threadLocal.set("thread2");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get());//Thread-1:thread2
});
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get());//main:main
threadLocal.remove();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + threadLocal.get());//main:null
}
}

复制代码

3. 原理分析

3.1. uml

Thread有一个ThreadLocalMap属性，
ThreadLocalMap有一个Entry数组属性
Entry有key和value属性，其中key为ThreadLocal，value为Object。并且Entry继承了WeakReference
3.2. 构造方法

//记录hash值
private static AtomicInteger nextHashCode =
new AtomicInteger();
public ThreadLocal() {
}

复制代码

3.3. set方法

public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
//获取当前线程对应的ThreadLocalMap属性
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
//将（ThreadLocal，value）构造成Entry放入ThreadLocalMap
map.set(this, value);
else
//创建新的map关联当前线程，并且并放入（ThreadLocal，value）
createMap(t, value);
}

复制代码

4行：先获取Thread对应的ThreadLocalMap
5-7行：有的话调用ThreadLocalMap set方法插入ThreadLocal:value
8-10行：没有则创建ThreadLocalMap并放入ThreadLocal:value

下面具体分析：
3.3.1. 先获取Thread对应的ThreadLocalMap

Thread t = Thread.currentThread();
//获取当前线程对应的ThreadLocalMap属性
ThreadLocalMap map = getMap(t);

复制代码

getMap

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
//获取当前Thread对应的ThreadLocalMap对象
return t.threadLocals;
}

复制代码

3.3.2. 有的话调用ThreadLocalMap set方法插入ThreadLocal:value

调用ThreadLocalMap set

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//计算当前元素在数组中的位置
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
//如果key不在数组中，那么一直找到空位置
for (Entry e = tab[i];
e != null;
//开放寻址法
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//key相等，替换值
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
//key为空，那么构造entry放入
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
//走到这里说明退出循环，找到了空位置
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
//是否需要扩容
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}

复制代码

3.3.2.1. 发生Hash冲突则使用开放寻址法

nextIndex

private static int nextIndex(int i, int len) {
//线性探测i+1的位置
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}

复制代码

3.3.3. 没有则创建ThreadLocalMap并放入ThreadLocal:value

else
//创建新的map关联当前线程，并且并放入（ThreadLocal，value）
createMap(t, value);

复制代码

createMap

void createMap(Thread t, T firstValue) {
//当前ThreadLocal对象作为key，value作为value构造entry并构造map
//thread的ThreadLocalMap属性是这里设置的
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

复制代码

3.3.3.1. ThreadLocalMap构造方法

static class ThreadLocalMap {
//由于Entry继承了WeakRefence
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
//key是个弱引用（即一旦发生垃圾回收就会回收这个引用指向的对象）。
//当key被回收后，也即ThreadLocal被回收了，但是Entry中value的引用还在无法回收，可能会造成内存泄漏
super(k);
value = v;
}
}
//初始容量为16，必须为2的次方
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
//使用数组+线性探测法
private Entry[] table;
//实际使用的长度
private int size = 0;
//实际使用的长度达到这个长度时需要扩容
private int threshold;
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//计算下标并且存入entry
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);//设置threshold为16*2/3=10
}
private void setThreshold(int len) {
threshold = len * 2 / 3;
}

复制代码

3.4.3. Map为空，则向创建后初始化默认值Null

setInitialValue

public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
//获取当前线程对应的ThreadLocalMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
//以当前ThreadLocal对象作为key从ThreadLocalMap中获取entry
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
//从entry中获取value并返回
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//初始化map
return setInitialValue();
}

复制代码

3.5. remove方法

Thread t = Thread.currentThread();
//获取当前线程对应的ThreadLocalMap属性
ThreadLocalMap map = getMap(t);

复制代码

3行：先获取Thread对应的ThreadLocalMap
4-5行：通过ThreadLocalMap remove key为当前ThreadLocal的Entry

3.5.1. 先获取Thread对应的ThreadLocalMap

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
//获取当前Thread对应的ThreadLocalMap对象
return t.threadLocals;
}

复制代码

getMap

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
//获取当前Thread对应的ThreadLocalMap对象
return t.threadLocals;
}

复制代码

3.5.2. 通过ThreadLocalMap remove key为当前ThreadLocal的Entry

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//一直线性探测到为null（不存在）
while (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//key是否相等
if (k == key)
return e;
//ThreadLocal被回收了，那么回收value对象
if (k == null)
expungeStaleEntry(i);
else//继续下一个
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}

复制代码

}
4. 总结

每个Thread都有ThreadLocalMap属性。可以想象成一个HashMap，这个Map中Entry 的key为ThreadLocal，value为要存储的值
由于key为ThreadLocal自己，因此一个ThreadLocal只能存储一个Object对象，如果需要存储多个Object对象那么就需要多个ThreadLocal
由于Entry继承了WeakRefence，key是个弱引用（即一旦发生垃圾回收就会回收这个引用指向的对象）。当key被回收后，也即ThreadLocal被回收了，但是Entry中value的引用还在无法回收，可能会造成内存泄漏。因此我们需要用static引用ThreadLocal变量且手动remove

5. 参考

手撕面试题ThreadLocal！！！ | 并发编程网 – ifeve.com
Java面试必问，ThreadLocal终极篇 - 掘金
ThreadLocal内存泄漏问题 - 掘金

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