Java同時プログラミング:ThreadLocalの理解

前言
JAvaメモリモデル
JAva仮想マシンは、実際のコンピュータ構造を模倣し、java内の各変数、インスタンスにメモリ空間を割り当てる.主に次のものがあります.

メソッド領域:クラス情報、定数、静的変数、インスタントコンパイラコンパイル後のコードデータ.メソッド領域は、実行時定数プールを含む:字面量、シンボル参照

スタック:スレッド共有メモリ領域、オブジェクトインスタンス

を格納

プログラムカウンタ:

仮想マシンスタック:スレッドプライベートデータ領域で、各メソッドが実行されるとスタックフレームが作成され、メソッドの変数テーブル、オペランドスタック、ダイナミックリンク、戻り値、戻りアドレスなどの情報が格納されます.

ローカルメソッドスタック:nativeコードに関連するスレッドプライベートデータ領域.

ThreadLocalは、各スレッドで変数のコピーを作成します.つまり、各スレッドの内部に変数があり、スレッドの内部のどこでも使用できます.スレッド間では互いに影響しません.これにより、スレッドのセキュリティの問題がなく、プログラムの実行性能にも深刻な影響を与えません.ThreadLocalは上記の問題を解決できますが、各スレッドにコピーが作成されているため、メモリの使用量がThreadLocalを使用しないよりも大きいなど、リソースの消費量を考慮します.
ThreadLocalクラス
ThreadLocalは、各変数のコピーをどのように作成しますか.

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();
}

現在のスレッドのThreadLocalMapを取得し、取得に成功するとvalue値を返し、失敗するとsetInitialValue()を呼び出します.

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

threadLoaclsはThreadLoaclMapタイプで、ThreadLoaclクラスの内部クラスです.

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> {
        /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;

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

EntryクラスはThreadLocalMapの内部クラスであり、WeakReferenceから継承され、キー値としてThreadLocalタイプが使用されます.

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;
}

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

各スレッドThreadの内部にはThreadLocal.ThreadLocalMapタイプのメンバー変数threadLocalsがあり、このthreadLocalsは実際の変数コピーを格納するために使用され、キー値は現在のThreadLocal変数であり、valueは変数コピー(すなわちTタイプの変数)

である.

ThreadではthreadLocalsが空であり、ThreadLocal変数によってget()メソッドまたはset()メソッドが呼び出されると、ThreadクラスのthreadLocalsが初期化され、現在のThreadLocal変数をキー値とし、ThreadLocalが保存するレプリカ変数をvalueとしてthreadLocalsに格納される.

現在のスレッドで、コピー変数を使用する場合はgetメソッドでthreadLocalsで検索できます.

一般的には、各スレッドは作成時に独自のThreadLocalタイプのプライベートオブジェクトを作成し、このプライベートオブジェクトをThreadのmapのkey値とすることで、対応するvalueを見つけることができ、スレッド間のvalueコピーが相互に影響しない役割を果たすことができます.