ThreadLocal 是如何实现的?它是在 Java 中实现的(使用一些从 ThreadID 到对象的并发映射),还是使用一些 JVM 钩子(Hook)来更有效地完成它?
最佳答案
这里的所有答案都是正确的,但有点令人失望,因为它们在某种程度上掩盖了 ThreadLocal
的实现是多么聪明。我只是看着 source code for ThreadLocal
,它的实现方式给我留下了深刻的印象。
天真的实现
如果我让你根据 javadoc 中描述的 API 实现一个 ThreadLocal<T>
类,你会怎么做?初始实现可能是使用 ConcurrentHashMap<Thread,T>
作为其键的 Thread.currentThread()
。这将工作得相当好,但确实有一些缺点。
ConcurrentHashMap
是一个非常聪明的类,但它最终仍然需要处理防止多个线程以任何方式破坏它,如果不同的线程定期访问它,就会出现减速。 GC 友好的实现
好的,再试一次,让我们使用 weak references 来处理垃圾收集问题。处理 WeakReferences 可能会令人困惑,但使用像这样构建的 map 应该就足够了:
Collections.synchronizedMap(new WeakHashMap<Thread, T>())
或者,如果我们使用的是 Guava(我们应该是!):
new MapMaker().weakKeys().makeMap()
这意味着一旦没有其他人持有线程(暗示它已完成),键/值可以被垃圾收集,这是一个改进,但仍然没有解决线程争用问题,这意味着到目前为止我们的
ThreadLocal
还不是全部这么棒的一个类。此外,如果有人决定在 Thread
对象完成后保留它们,它们将永远不会被 GC 处理,因此我们的对象也不会,即使它们现在在技术上无法访问。聪明的实现
我们一直将
ThreadLocal
视为线程到值的映射,但也许这实际上并不是正确的思考方式。与其将其视为从 Threads 到每个 ThreadLocal 对象中的值的映射,不如将其视为 ThreadLocal 对象到每个 Thread 中的值的映射呢?如果每个线程都存储映射,而 ThreadLocal 只为该映射提供一个很好的接口(interface),我们就可以避免之前实现的所有问题。一个实现看起来像这样:
// called for each thread, and updated by the ThreadLocal instance
new WeakHashMap<ThreadLocal,T>()
这里没有必要担心并发性,因为只有一个线程会访问这个映射。
Java 开发人员在这里比我们有一个主要优势 - 他们可以直接开发 Thread 类并向其添加字段和操作,而这正是他们所做的。
在
java.lang.Thread
中有以下几行:/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained * by the ThreadLocal class. */ ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
正如评论所暗示的那样,这确实是
ThreadLocal
对象为此 Thread
跟踪的所有值的包私有(private)映射。 ThreadLocalMap
的实现不是 WeakHashMap
,但它遵循相同的基本契约,包括通过弱引用保持其 key 。ThreadLocal.get()
然后像这样实现: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(); }
和
ThreadLocal.setInitialValue()
像这样:private T setInitialValue() { T value = initialValue(); Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); return value; }
本质上,在这个线程中使用一个映射来保存我们所有的
ThreadLocal
对象。这样,我们永远不需要担心其他线程中的值(ThreadLocal
字面上只能访问当前线程中的值),因此没有并发问题。此外,一旦 Thread
完成,其映射将自动被 GC 处理,所有本地对象将被清理。即使 Thread
被保留,ThreadLocal
对象也被弱引用保留,并且可以在 ThreadLocal
对象超出范围时立即清除。不用说,这个实现给我留下了深刻的印象,它非常优雅地解决了许多并发问题(诚然,通过利用核心 Java 的一部分,但这是可以原谅的,因为它是一个如此聪明的类)并允许快速和对一次只需要由一个线程访问的对象的线程安全访问。
tl;dr
ThreadLocal
的实现非常酷,而且比乍一看可能更快/更聪明。如果您喜欢这个答案,您可能还会欣赏我的(不太详细的) discussion of
ThreadLocalRandom
。Thread
/ThreadLocal
代码片段取自 Oracle/OpenJDK's implementation of Java 8 。
关于java - Java 的 ThreadLocal 是如何在底层实现的?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/1202444/