ThreadLocal系列-ThreadLocalMap源码

1.ThreadLocalMap.Entry

key：指向key的是弱引用

value：强引用

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {/*** The entries in this hash map extend WeakReference, using* its main ref field as the key (which is always a* ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()* == null) mean that the key is no longer referenced, so the* entry can be expunged from table.  Such entries are referred to* as "stale entries" in the code that follows.*/static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {/** The value associated with this ThreadLocal. */Object value;Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k);  //指向key的弱引用value = v; //指向value的是强引用}}}
}

2.hash计算

  • nextHashCode是static的，说明是ThreadLocal类共用
  • 在上一个ThreadLocal的hash的基础上增加HASH_INCREMENT
public class ThreadLocal<T> {//所有ThreadLocal类公用private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();//每次在上一个hash的基础上增加HASH_INCREMENTprivate static int nextHashCode() {return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);}
}

HASH_INCREMENT 的值是 0x61c88647，它是黄金分割比例乘以 2^31，这样可以使得步长增量更加分散，减小碰撞的概率，提高 ThreadLocal 的性能。

黄金分割率是一个数学和艺术上的常数，通常用希腊字母 φ（phi）表示，其近似值为1.618033988749895。

3.怎么处理hash冲突

ThreadLocalMap 使用线性探测法（linear probing）来处理哈希冲突。线性探测法是一种解决哈希冲突的简单方法，其中如果一个槽已经被占用，就线性地查找下一个可用的槽，直到找到一个可用槽为止。

Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); //这里计算index跟HashMap一样

如果i被占用，则用nextIndex(i, len)计算下一个索引，看是否被占用

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {/*** The table, resized as necessary.* table.length MUST always be a power of two.*/private Entry[] table;/*** Increment i modulo len.* 每次i+1，如果i+1<len，则返回0*/private static int nextIndex(int i, int len) {return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);}/*** Set the value associated with key.** @param key the thread local object* @param value the value to be set*/private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {// We don't use a fast path as with get() because it is at// least as common to use set() to create new entries as// it is to replace existing ones, in which case, a fast// path would fail more often than not.Entry[] tab = table;int len = tab.length;int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); //这里计算index跟HashMap一样//下一个元素：i+1，如果i+1越界，怎为0for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {ThreadLocal<?> k = e.get(); //获取keyif (k == key) { //key相等e.value = value; //更新value的值return;}if (k == null) {//说明这里放入的是无效数据，可以放入新数据replaceStaleEntry(key, value, i);//放入数据，再做些无效数据清理工作return;}//e不为null；k不为null；说明被正常的元素占用了，则到下一个索引}//tab[i]为null，退出了循环tab[i] = new Entry(key, value); //放入数组int sz = ++size;//如果没有移除数据，同时size大于thresholdif (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold){rehash(); //扩容}}}
}

4.扩容

  • 先清理所有的stale数据；
  • 如果size大于等于threshold*3/4，进行扩容；
public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {private void rehash() {expungeStaleEntries(); //清理stale数据// Use lower threshold for doubling to avoid hysteresis//数据大小大于或者等于threshold的3/4后，进行扩容if (size >= threshold - threshold / 4)resize();}}
}
4.1.expungeStaleEntries-清理所有的stale数据

循环遍历执行expungeStaleEntry方法；

expungeStaleEntry方法：

(1)从table清除位于staleSlot的Entry；

(2)从staleSlot往后遍历table，直到table[i]为null

        如果table[i]为stale元素，从table清除该元素；

        如果table[i]不为stale元素，计算table[i]中的Entry本来应该放入的index，从那个index开始往后找Entry应该放入的位置A，将该Entry放入位置A；

 expungeStaleEntries

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {/*** 清除table里面的所有无效数据()*/private void expungeStaleEntries() {Entry[] tab = table;int len = tab.length;for (int j = 0; j < len; j++) {Entry e = tab[j];if (e != null && e.get() == null){//e不为null且key为nullexpungeStaleEntry(j);}}}private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;// expunge entry at staleSlottab[staleSlot].value = null; //value设为nulltab[staleSlot] = null;  //entry设为nullsize--; //size减1// Rehash until we encounter nullEntry e;int i;for (i = nextIndex(staleSlot, len); (e = tab[i]) != null;i = nextIndex(i, len)) {ThreadLocal<?> k = e.get();if (k == null) {//如果元素不为null，但是key为nulle.value = null;tab[i] = null;size--;} else {//不是stale元素的话，重新将这个元素放到合适的位置int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1); //计算indexif (h != i) {//本来应该放在h的位置，因为冲突的关系被放到了i//h->>>>>>>>>>>i 看这中间有没有为null的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) {//从h开始找e为null的indexh = nextIndex(h, len);}tab[h] = e; //把e放在合适的index}}}return i; //返回的i是Entry为null的索引}}
}
4.2.ThreadLocalMap.resize-扩容

扩容：

新table的长度为老table长度的2倍；

遍历老table：

        table[j]不为null：

                key为null，设置value为null；

                key不为null，根据新table的length计算index，将该元素放入合适的位置；

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {private void resize() {Entry[] oldTab = table;int oldLen = oldTab.length;int newLen = oldLen * 2; //新len为老len的2倍Entry[] newTab = new Entry[newLen];int count = 0;for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {Entry e = oldTab[j];if (e != null) {ThreadLocal<?> k = e.get();if (k == null) {//stale元素e.value = null; // Help the GC} else {int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1); //重新计算indexwhile (newTab[h] != null){//找到该元素该放的位置h = nextIndex(h, newLen);}newTab[h] = e;count++;}}}setThreshold(newLen); //更新thresholdsize = count;table = newTab;}}
}

5.ThreadLocalMap.replaceStaleEntry

public class ThreadLocal<T> {/*** ThreadLocalMap is a customized hash map suitable only for* maintaining thread local values. No operations are exported* outside of the ThreadLocal class. The class is package private to* allow declaration of fields in class Thread.  To help deal with* very large and long-lived usages, the hash table entries use* WeakReferences for keys. However, since reference queues are not* used, stale entries are guaranteed to be removed only when* the table starts running out of space.*/static class ThreadLocalMap {/*** Decrement i modulo len.*/private static int prevIndex(int i, int len) {return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);}/*** Replace a stale entry encountered during a set operation* with an entry for the specified key.  The value passed in* the value parameter is stored in the entry, whether or not* an entry already exists for the specified key.** As a side effect, this method expunges all stale entries in the* "run" containing the stale entry.  (A run is a sequence of entries* between two null slots.)** @param  key the key* @param  value the value to be associated with key* @param  staleSlot index of the first stale entry encountered while*         searching for key.*/private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value, int staleSlot) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;Entry e;// Back up to check for prior stale entry in current run.// We clean out whole runs at a time to avoid continual// incremental rehashing due to garbage collector freeing// up refs in bunches (i.e., whenever the collector runs).int slotToExpunge = staleSlot;//每次i-1，直到i-1<0时，i=len-1//跳出遍历：tab[i]为null//往前找stale元素，直到Entry为nullfor (int i = prevIndex(staleSlot, len); (e = tab[i]) != null;i = prevIndex(i, len)){if (e.get() == null){slotToExpunge = i;}}// Find either the key or trailing null slot of run, whichever// occurs first//往后，直到Entry为nullfor (int i = nextIndex(staleSlot, len);(e = tab[i]) != null;i = nextIndex(i, len)) {ThreadLocal<?> k = e.get();// If we find key, then we need to swap it// with the stale entry to maintain hash table order.// The newly stale slot, or any other stale slot// encountered above it, can then be sent to expungeStaleEntry// to remove or rehash all of the other entries in run.if (k == key) { //往后找到个key相等的e.value = value; //更新valuetab[i] = tab[staleSlot]; //那i的位置是stale元素tab[staleSlot] = e; //把元素放到staleSlot位置// Start expunge at preceding stale entry if it existsif (slotToExpunge == staleSlot){slotToExpunge = i;}cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);return;}// If we didn't find stale entry on backward scan, the// first stale entry seen while scanning for key is the// first still present in the run.if (k == null && slotToExpunge == staleSlot){slotToExpunge = i;}}// If key not found, put new entry in stale slottab[staleSlot].value = null;tab[staleSlot] = new Entry(key, value); //放入元素// If there are any other stale entries in run, expunge themif (slotToExpunge != staleSlot){cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);}}   }        
}

6.ThreadLocalMap.cleanSomeSlots

每次n=n/2来循环调用expungeStaleEntry清理stale数据

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {boolean removed = false;Entry[] tab = table;int len = tab.length;do {i = nextIndex(i, len);//从i往后找stale的元素Entry e = tab[i];if (e != null && e.get() == null) {//stale元素n = len;removed = true;i = expungeStaleEntry(i);}} while ( (n >>>= 1) != 0); //从方法的注释来看，每次对n/2是为了在清除无用数据和速 //度之间做个平衡，这样既清理了无用数据，又不会因为清理 //太多无用数据，耽误了插入数据的时间return removed;}}
}

7.ThreadLocalMap.getEntry

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);Entry e = table[i];// Android-changed: Use refersTo()if (e != null && e.refersTo(key)){//i这个位置刚好放的Entry的key一致return e;} else {return getEntryAfterMiss(key, i, e);}}}
}

getEntryAfterMiss

 往后遍历，直到Entry为null

  • 如果key相等，返回Entry；
  • 如果key为null，是stale元素，清理一下；
  • 最终没找到，就返回null；
public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {Entry[] tab = table;int len = tab.length;while (e != null) {// Android-changed: Use refersTo()if (e.refersTo(key)){ //key相等return e;}if (e.refersTo(null)){expungeStaleEntry(i); //清理} else{i = nextIndex(i, len); //下一个索引}e = tab[i];}return null;}}
}

8.ThreadLocalMap构造方法

初始化数组table，初始容量为16；

计算index，在table[index]处放入new Entry(key, value)；

更新threshold为10；

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {/*** The table, resized as necessary.* table.length MUST always be a power of two.*/private Entry[] table;/*** The number of entries in the table.*/private int size = 0;/*** The initial capacity -- MUST be a power of two.*/private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;/*** The next size value at which to resize.*/private int threshold; // Default to 0/*** Construct a new map initially containing (firstKey, firstValue).* ThreadLocalMaps are constructed lazily, so we only create* one when we have at least one entry to put in it.*/ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {table = new Entry[INITIAL_CAPACITY]; //默认数组容量大小为16int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1); //计算indextable[i] = new Entry(firstKey, firstValue);//放入数组size = 1; //更新sizesetThreshold(INITIAL_CAPACITY); //设置threshold 16*2/3 = 10}/*** Set the resize threshold to maintain at worst a 2/3 load factor.*/private void setThreshold(int len) {threshold = len * 2 / 3;}}
}

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