ThreadLocal如何实现？

这是我上周的帖子的后续文章，在那篇文章中我解释了ThreadLocal用法的动机。从帖子中我们可以回想起，如果您希望每个线程都有一个独立初始化的变量副本，则ThreadLocal确实是一个很酷的概念。现在，好奇的人可能已经开始问“我如何在Java中实现这样的概念”？

否则，您可能会觉得这不是一个有趣的话题–毕竟，您在这里所需的只是一张地图，不是吗？在处理ThreadLocal <T>时 ，将解决方案实现为HashMap <Thread，T>并以Thread.currentThread（）作为键似乎是明智的。其实不是那么简单。因此，如果您有五分钟的时间，请忍受我，我将指导您完成一个美丽的设计概念。

简单的HashMap解决方案的第一个明显问题是线程安全性。由于HashMap并不是为支持并发使用而构建的，因此我们无法在多线程环境中安全地使用该实现。幸运的是，我们不需要花很多时间来解决问题-ConcurrentHashMap <Thread，T>看起来像是天作之合。检索的完全并发性和可调整的预期更新并发性正是我们首先需要的。

现在，如果您将基于ConcurrentHashMap的解决方案应用于JDK源代码中的ThreadLocal实现，则会带来两个严重的问题。

首先，在Map结构中将线程作为键。由于映射永远不会被垃圾回收，因此最终您将永远保持对Thread的引用，从而阻止了该线程成为GCd。不情愿的是，您在设计中造成了巨大的内存泄漏。
第二个问题可能需要更长的时间才能浮出水面，但是即使在幕后进行了巧妙的分段以减少锁争用的机会， ConcurrentHashMap仍然承担同步开销。在同步需求仍然存在的情况下，您仍然拥有一个结构，可能成为瓶颈的根源。

但是，让我们首先开始解决最大的问题。如果我们的引用是指向相关线程的最后一个引用，则我们的数据结构需要允许对线程进行垃圾回收。再次，第一个可能的解决方案是盯着我们–而不是通常引用对象，为什么不使用WeakReferences ？因此，实现现在看起来类似于以下内容：

Collections.synchronizedMap(new WeakHashMap<Thread, T>())

现在，我们已经解决了泄漏问题–如果除我们之外没有人引用Thread ，则可以将其定型并进行垃圾回收。但是我们仍然没有解决并发问题。现在，解决方案实际上是关于跳出思路思考的样本。到目前为止，我们已经将ThreadLocal变量视为映射到变量的Threads 。但是，如果我们颠倒了思路，而是设想了一个解决方案，将ThreadLocal对象映射到每个Thread中的值，该怎么办？如果每个线程都存储该映射，并且ThreadLocal只是该映射的接口，则可以避免同步问题。更好的是，我们还避免了GC带来的问题！

确实，当我们打开ThreadLocal和Thread类的源代码时，我们看到这正是在JDK中实际实现该解决方案的方式：

public class Thread implements Runnable {ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;// cut for brevity
}

public class ThreadLocal<T> {static class ThreadLocalMap {// cut for brevity}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}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();}private T setInitialValue() {T value = initialValue();Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;}// cut for brevity
}

因此，这里有它。 Thread类保留对ThreadLocal.ThreadLocalMap实例的引用，该实例是使用对键的弱引用构建的。以相反的方式构建结构，因为我们的ThreadLocal只能访问当前线程中的值，所以我们完全避免了线程争用问题。另外，当Thread完成工作时，映射可以进行垃圾回收，因此我们也避免了内存泄漏的问题。

希望您对设计有所了解，因为它确实是解决复杂问题的理想解决方案。我确实认为阅读源代码是学习新概念的理想方式。而且，如果您是Java开发人员，那么与阅读集成到JDK的Joshua Bloch和Doug Lea源代码相比，还有什么比这更好的获取知识的地方了？

参考： 如何实现ThreadLocal？由我们的JCG合作伙伴 Nikita Salnikov Tarnovski在Plumbr Blog博客上获得。