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ThreadLocalMap詳解及原始碼解讀

2020-10-28 02:31:59 軟體設計

概述

ThreadLocalMap是ThreadLocal的內部類,是一個key-value資料形式結構,也是ThreadLocal的核心,

ThreadLocalMap中資料是存盤在Entry型別陣列的table中的,Entry繼承了WeakReference(弱參考),注意key是弱參考,vlaue不是,

原始碼解讀

1.成員變數

	/**
	 * 初始容量
	 */
	private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
	
	/**
	 * ThreadLocalMap資料真正存盤在table中
	 */
	private Entry[] table;
	
	/**
	 * ThreadLocalMap條數
	 */
	private int size = 0;
	
	/**
	 * 達到這個大小,則擴容
	 */
	private int threshold; // 默認為0

2.threadLocalHashCode

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();


private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();

/**
 * The difference between successively generated hash codes - turns
  * implicit sequential thread-local IDs into near-optimally spread
  * multiplicative hash values for power-of-two-sized tables.
  */
 private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

 /**
  * Returns the next hash code.
  */
 private static int nextHashCode() {
     return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
 }

HASH_INCREMENT = 0x61c88647是一個魔法數,可以減少hash沖突,通過nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT)方法會轉化為二進制資料,主要作用是增加哈希值,減少哈希沖突

3.建構式

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
        //初始化table陣列,INITIAL_CAPACITY默認值為16
        table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
        //key和16取得哈希值
        int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
        //創建節點,設定key-value
        table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
        size = 1;
        //設定擴容閾值
        setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

4.set

	private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;
        int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

        for (Entry e = tab[i];
             e != null;
             e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();

            if (k == key) {
                //如果key是相同,則替換,并return
                e.value = value;
                return;
            }

            if (k == null) {
                //e!=null,key==null,因為key是弱參考,所以key已經被gc回收了,replaceStaleEntry方法就是用來解決記憶體泄露問題
                replaceStaleEntry(key, value, i);
                return;
            }
        }

        tab[i] = new Entry(key, value);
        int sz = ++size;
        if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
            rehash();
    }


    private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,
                                   int staleSlot) {
        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;
        Entry e;

        int slotToExpunge = staleSlot;
        //prevIndex是指標向前,尋找前面過期資料
        for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
             (e = tab[i]) != null;
             i = prevIndex(i, len))
            if (e.get() == null)
                slotToExpunge = i;

        //向后尋找key相同的資料
        for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
             (e = tab[i]) != null;
             i = nextIndex(i, len)) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();


            if (k == key) {
                e.value = value;
                //通過和過期的slot進行交換,維護哈希表順序
                tab[i] = tab[staleSlot];
                tab[staleSlot] = e;

                if (slotToExpunge == staleSlot)
                    slotToExpunge = i;
                //清除過期slot
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
                return;
            }

             if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
                slotToExpunge = i;
        }

        // 如果key并沒有在map中出現過,則直接創建
        tab[staleSlot].value = null;
        tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

        //如果還有其他過期slot,則清除
        if (slotToExpunge != staleSlot)
            cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
    }

    private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
        boolean removed = false;
        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;
        do {
            i = nextIndex(i, len);
            Entry e = tab[i];
            if (e != null && e.get() == null) {
                n = len;
                removed = true;
                i = expungeStaleEntry(i);
            }
        } while ( (n >>>= 1) != 0);
        return removed;
    }


    private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;

        // 洗掉下標為staleSlot的slot
        tab[staleSlot].value = null;
        tab[staleSlot] = null;
        size--;

        // 重新哈希,直到遇到null
        Entry e;
        int i;
        for (i = nextIndex(staleSlot, len);
             (e = tab[i]) != null;
             i = nextIndex(i, len)) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();
            //如果key==null,說明已經被回收
            if (k == null) {
                //Entry設定為null,size減一
                e.value = null;
                tab[i] = null;
                size--;
            } else {
                //重新進行hash計算
                int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                //如果計算的位置和從前位置不一致
                if (h != i) {
                    tab[i] = null;

                    //掃描到null,將值放入
                    while (tab[h] != null)
                        h = nextIndex(h, len);
                    tab[h] = e;
                }
            }
        }
        return i;
    }
    
    private void rehash() {
            expungeStaleEntries();

            //如果當前size大于法制的四分之三,則擴容
            if (size >= threshold - threshold / 4)
                resize();
    }
    /**
     * 全域清理
     */
    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)
                expungeStaleEntry(j);
        }
    }

set方法首先根據key計算存盤位置
如果計算出來的下標不為空,會進入回圈,回圈內如果key相同,則直接替換,如果key被回收,則呼叫replaceStaleEntry方法清除,并且在該方法中設定value,
如果計算出來的下標為空,則直接設定值,并在最后通過cleanSomeSlots清除過期key和確定是否通過rehash擴容,

5.getEntry

 	private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
        //計算下標位置
        int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
        Entry e = table[i];
        //沒有hash沖突,entry存在,并且key未被回收
        if (e != null && e.get() == key)
            return e;
        else
            //hash沖突,通過線性探測查找,可能查詢到
            return getEntryAfterMiss(key, i, e);
    }

    private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;
		//回圈查找,直到為null
        while (e != null) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();
            if (k == key)
                return e;
            if (k == null)
                //被回收了,清除
                expungeStaleEntry(i);
            else
                //回圈下一個
                i = nextIndex(i, len);
            e = tab[i];
        }
        return null;
    }

getEntry是根據ThreadLocal獲取ThreadLocalMap中某個值的,如果存在哈希沖突則通過getEntryAfterMiss方法線性探測查找

6.remove

private void remove(ThreadLocal<?> key) {
        Entry[] tab = table;
        int len = tab.length;
        int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
        //如果threadLocalHashCode計算出的下標找到的key和傳入key不同,則證明出現哈希沖突,則回圈向下查找
        for (Entry e = tab[i];
             e != null;
             e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
            //如果key相同
            if (e.get() == key) {
                //洗掉當前Entry
                e.clear();
                //清理
                expungeStaleEntry(i);
                return;
            }
        }
    }

總結

1.ThreadLocalMap.Entry繼承了WeakReference,實作了弱參考,提高了垃圾回收的效率,
2.ThreadLocalMap可能存在記憶體泄露,因為key被回收后,但是value依然和Entry存在強參考關系,所以使用完進行remove是一個很好的習慣,可以避免記憶體泄露,

java物件強、軟、弱、虛四種參考

ThreadLocal使用及原理詳解

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