ThreadLocal应用场景及源码分析

原创

朱季谦

发布于 2023-11-12 22:44:32

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发布于 2023-11-12 22:44:32

原创/朱季谦

在登录模块里，当用户完成一次登录会话后，往往需要将其登录成功的信息进行缓存。不同的登录会话，属于不同的会话线程，彼此需要互不影响。这就意味着，登录成功的信息，只属于该次会话线程的本地变量，这时，就可以基于ThreadLocal缓存属于该会话线程的用户信息，类似线程的私有本地变量。

可以这样实现，先定义一个存储用户信息的POJO类——

@Data
public class User {
    private String username;
    private String role;
    ......
}

写一个专门缓存会话用户信息的类SessionCsche，在该类里定义一个static修饰的ThreadLocal变量，再定义一个将User信息缓存到ThreadLocal的方法，以及从ThreadLocal取出的方法——

public class SessionCsche {
    //定义一个static修饰的ThreadLocal变量
    private static ThreadLocal<User> threadCache = new ThreadLocal<>();

    //缓存用户信息
    public static void put(String username, String role) {
        User user = new User();
        user.setUsername(username);
        user.setRole(role);
        threadCache.set(user);
    }

  //读取缓存在该会话线程里的用户信息
    public static String getUsername() {
        User user = threadCache.get();
        if (user == null) {
            return null;
        }
        return user.getUsername();
    }
}

以上，就是基于ThreadLocal实现一个线程隔离缓存变量的场景。除此之外，在DataSource数据源动态切换场景下，也可以基于ThreadLocal实现不同的线程获取到不同的DataSource数据源，进而发起一次数据库访问会话。

以上主要是常见的应用场景，在大概了解一下ThreadLocal的应用后，就可以阅读一下其内部的源码实现类。

先来看threadCache.set(user)内部实现——

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

该源码首先通过 Thread t = Thread.currentThread()获取到当前线程对象，再通过getMap(t)取出当前线程的ThreadLocalMap对象，如果获取到的map不为空，就直接将new ThreadLocal<>()创建的对象threadCache当作key，以需要缓冲的数据当作value，以key-value格式缓存至线程的ThreadLocalMap对象里。若当前线程的map为空，则表示当前线程还没有创建ThreadLocalMap对象，因此就需要通过createMap(t, value)完成ThreadLocalMap对象创建后，再做缓存。

简单看一下createMap(t, value)内部逻辑，可以看到，里面通过new ThreadLocalMap(this, firstValue)创建了一个ThreadLocalMap对象，然后将ThreadLocal对象本身和需要缓存的数据，当作参数传给该ThreadLocalMap的构造方法——

void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

进入到 new ThreadLocalMap(this, firstValue)内部，主要逻辑就是创建一个存放hash值到table数组，长度INITIAL_CAPACITY默认是16，这与HashMap默认长度一致都是16，然后通过firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1)对传进来的ThreadLocal对象当作key去做一次哈希计算，计算其在数组中的索引位置，然后在该位置创建新的Entry对象，用于存储键值对，这里的键是ThreadLocal对象，值是需要缓存的User用户数据。

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

进入到Entry类，看一下其内部结构——

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

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

可见，这里的关键地方，正是这一个当前线程里的ThreadLocalMap对象。

每一个线程都有只属于本线程的ThreadLocalMap对象，类似线程的本地变量，当前线程只能读取到自己的ThreadLocalMap对象缓存信息，使用到了一种用空间换时间的方案。

接着，看一下ThreadLocal读取缓存的原理——

  User user = threadCache.get();

进入到get()内部，首先通过 Thread t = Thread.currentThread()获取当前线程对象，接着去取出当前Thread对象的ThreadLocalMap，若前面已经有数据缓存到ThreadLocalMap了，说明该map就是有值的。这时候，通过ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this)，以当前ThreadLocal对象当作key，内部以 key.threadLocalHashCode & (table.length - 1)方式计算出该key的在ThreadLocalMap内部数组的哈希索引位置，进而取出该缓存数据赋值给e，如果e != null，说明取出的缓存数据有效，就可以强制转换相应的类型对象，进而返回。

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

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