ThreadLocal源代码3

public class ThreadLocal1<T> {
    //当创建了一个 ThreadLocal 的实例后，它的散列值就已经确定了，
    //threadLocal实例的hashCode是通过nextHashCode()方法实现的，该方法实际上总是用一个AtomicInteger(初始值为0)加上0x61c88647来实现的。
    //0x61c88647这个数是有特殊意义的，它能够保证hash表的每个散列桶能够均匀的分布，这是Fibonacci Hashing，
    //0x61c88647 这个就比较神奇了，它可以使 hashcode 均匀的分布在大小为 2 的 N 次方的数组里。下面写个程序测试一下:
    //也正是能够均匀分布，所以threadLocal选择使用开放地址法来解决hash冲突的问题。
    /*public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger hashCode = new AtomicInteger();  // 一直在增加
        int hash_increment = 0x61c88647;
        int size = 16;
        List <Integer> list = new ArrayList <> ();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            list.add(hashCode.getAndAdd(hash_increment) & (size - 1));
        }
        System.out.println("original:" + list);
        Collections.sort(list);
        System.out.println("sort:    " + list);
    }
    size=16:   [7, 14, 5, 12, 3, 10, 1, 8, 15, 6, 13, 4, 11, 2, 9, 0]       [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]
    size=32  [7, 14, 21, 28, 3, 10, 17, 24, 31, 6, 13, 20, 27, 2, 9, 16, 23, 30, 5, 12, 19, 26, 1, 8, 15, 22, 29, 4, 11, 18, 25, 0]
             [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31]
    */
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();//对象的属性，不变化的。
    private final static int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;//1640531527。类的属性。
    //类的属性，对象共享，一直在增加。
    private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();//0

    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);//nextHashCode自己变成了HASH_INCREMENT=1640531527
    }

    protected T initialValue() {//用于重写
        return null;
    }

    public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) {
        return new SuppliedThreadLocal<>(supplier);
    }

    public ThreadLocal() {
    }

    //有可能第一次调用get不调用set,map为null，setInitialValue-initialValue赋予map=threadLocals初值。
    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);//返回调用get()的线程的threadLocals，是一个ThreadLocalMap，这个ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类。
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();//如果map为空，也就是第一次没有调用set直接get（或者调用过set，又调用了remove）时，为其设定初始值
    }

    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();//initialValue方法为第一次调用get方法提供一个初始值。
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }
    /*  ThreadLocal<Integer> x = new ThreadLocal<Integer>();
     for (int i = 0; i < 3; i++) {
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                x.set(new Random().nextInt()); 
            }
        }).start();
    }*/
    //A，B,C线程通过共享变量ThreadLocal<Integer> x.set(s)。A,B，C线程分别修改的是自己线程的threadLocals=ThreadLocalMap
    // 别的线程修改不了这个线程的threadLocals，所以对这个线程的ThreadLocalMap修改时候没有线程安全问题。
    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

    public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
    }

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;//返回这个线程的threadLocal属性
    }

    void createMap(Thread t, T firstValue) {//threadLocals是一个ThreadLocalMap，key是调用ThreadLocal方法的这个ThreadLocal。
        //ThreadLocal的方法肯定是ThreadLocal对象在调用。
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

    static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {
        return new ThreadLocalMap(parentMap);
    }

    T childValue(T parentValue) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    static final class SuppliedThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {

        private final Supplier<? extends T> supplier;
        SuppliedThreadLocal(Supplier<? extends T> supplier) {
            this.supplier = Objects.requireNonNull(supplier);
        }
        @Override
        protected T initialValue() {
            return supplier.get();
        }
    }

    static class ThreadLocalMap1 {//ThreadLocalMap里面有一个数组table，table里面的元素是Entry extends WeakReference。
        //WeakReference里面属性有value和referent=ThreadLocal。ThreadLocal是被弱引用关联。
        //ThreadLocal由强引用变成了弱引用，因为Entry继承了WeakReference，在Entry的构造方法中，调用了super(k)方法就会将threadLocal实例包装成一个WeakReferenece。
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;//value是真正需要存储的Object。
            //ThreadLocalMap的Entry本身就是虚引用，
            //WeakReference<B> weakReference = new WeakReference<B>(b1, rq);  b1=null之后，weakReference就回去排队。
            //Entry继承WeakReference，ThreadLocal=k释放了整个Entry就会去排队。
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {//ThreadLocal放在WeakReference里面。
                super(k);//ThreadLocal=null被gc后该 Entry 就会进入到 ReferenceQueue 中
                value = v;
            }
        }
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
        private Entry[] table;
        private int size = 0;//实际个数
        private int threshold;  
        private void setThreshold(int len) {//加载因子为2/3，所以哈希表可用大小为：16*2/3=10，即哈希表可用容量为10。
            threshold = len * 2 / 3;//threshold是总共容量的2/3。
        }
        private static int nextIndex(int i, int len) {//i+1对len取余
            return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
        }
        private static int prevIndex(int i, int len) {
            return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);//循环
        }
        //ThreadLocalMap是线程的属性，key是一个个的ThreadLocal，value是值。
        ThreadLocalMap1(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);//threshold是总共容量的2/3。
        }

        private ThreadLocalMap1(ThreadLocalMap1 parentMap) {
            Entry[] parentTable = parentMap.table;//获取table
            int len = parentTable.length;//设置容量大小
            setThreshold(len);//设置threshold
            table = new Entry[len];

            for (int j = 0; j < len; j++) {
                Entry e = parentTable[j];//获取每一个Entry
                if (e != null) {
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();//获取key是ThreadLocal
                    if (key != null) {
                        Object value = key.childValue(e.value);//e.value获取的是value
                        Entry c = new Entry(key, value);//构造新的Entry
                        int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);//计算table的索引
                        while (table[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);//索引加一重新计算索引
                        table[h] = c;//放入table
                        size++;
                    }
                }
            }
        }
 
        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1); 
            Entry e = table[i];
            if (e != null && e.get() == key)
                return e;
            else// hash冲突 
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);
        }
        
        //ThreadLocalMap 中采用开放定址法，所以当前 key 的散列值和元素在数组中的索引并不一定完全对应。
        private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            while (e != null) {//e是i位置的值，为null直接退出  ，null后面有key相等也不管了。   null为边界。所以get(61)就get不到了。
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key)
                    return e;
                if (k == null)//get时候遇到脏数据擦除 。因为强引用的ThreadLocal在外部置位了空。擦除这个位置时候，还会向右以null为边界，擦除其他脏数据。
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    i = nextIndex(i, len);
                e = tab[i];
            }
            return null;
        }
        
        //set也会擦除脏数据。设置时候不一定是新增，有可能是之前已经有了去替换。
        private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            //哈希表大小总是为2的幂次方，所以相与等同于一个取模的过程，
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1); 
            
            //如果不考虑remove，所有跟i相关的都在i一起，并且是以null为边界的。考虑remove，所有跟i一样的是在一起并且null为边界，但是中间有可能有null。
            
            //e=null退出说明没有冲突，不为null说明冲突了。  线性探测。  向右移动，null为边界。
            for (Entry e = tab[i];e != null;e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {//环形查找，不会死循环，因为会扩容。死循环是正常数据占据了全部位置。
                ThreadLocal<?> k = e.get(); 
                if (k == key) {//相等就覆盖
                    e.value = value;
                    return;
                } 
                //放到脏数据位置，脏数据后面有key相等的也不管了。放脏数据位置时候会向右一直找到null看有没有key相等的，null后面有key相等的也不管了。最后放到脏数据位置。
                if (k == null) { 
                    replaceStaleEntry(key, value, i); 
                    return;
                }
            }
            //i个位置e=null,直接放
            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
            //从i位置开始清除，清除掉了就不用hash，没有清除掉就hash。
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)//size > len * 2 / 3
                rehash();
        }

        private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            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)]) {//null后面有key相等的也不清除了。
                if (e.get() == key) {//是根据ThreadLocal=key来判断是否同一个。
                    e.clear();//置WeakReference里面强引用referent=ThreadLocal=null，WeakReference里面清除引用关联只能clear()。因为是私有的。
                    expungeStaleEntry(i);//清除i位置，并向右以null为界清除其他脏数据。
                    return;
                }
            }
        }
        
        //替换到脏数据staleSlot位置：也不是放到脏数据位置，而是从staleSlot开始向右一直到null先找一遍，有key相等就交换 并放到staleSlot并清除这个位置，否则放到脏数据staleSlot位置。
        //replaceStaleEntry并不仅仅局限于处理当前已知的脏entry，它认为在出现脏entry的相邻位置也有很大概率出现脏entry，所以为了一次处理到位，就需要向前环形搜索，找到前面的脏entry。
        private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value, int staleSlot) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;//总长度，不是实际长度。
            Entry e;
            
            int slotToExpunge = staleSlot; //slotToExpunge是准备要清理的位置。
            //slotToExpunge=null为边界左边最远脏数据位置。e都不为null就是死循环。所以肯定有null的。null在最后几个。remove也会有null。
            //循环都是以null作为边界的。null后面有key相等也不要了。
            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);/*往前移动一个位置，会又走回来 */ (e = tab[i]) != null; i = prevIndex(i, len))
                if (e.get() == null) 
                    slotToExpunge = i; // 清除数据也是以null作为边界的。
            
            // 向右找，null就退出，中间有key相等的就停止。都不为null也没有相等的就死循环。
            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);/*往右移动一个位置，会又走回来 */ (e = tab[i]) != null; i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                
                if (k == key) {//向右移动，找到key相等的就去覆盖。 key跟i位置相等
                    e.value = value;
                    
                    tab[i] = tab[staleSlot];//staleSlot是脏数据位置。i位置是key一样的位置。
                    tab[staleSlot] = e;//e还是放在了staleSlot位置。i这个key相等的位置直接被脏数据覆盖了。

                    //slotToExpunge == staleSlot不可能向左找又回来了， 找回来就是全部不是null，就是死循环。 
                    if (slotToExpunge == staleSlot)//向左没有找到脏数据。第一个for循环没有改变slotToExpunge的值。
                        slotToExpunge = i;//清除的位置为i，否则清除位置是左边的脏数据。肯定要以左边的清除位置为准，因为可以清除的更多。
                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);//expungeStaleEntry(slotToExpunge)清除slotToExpunge位置，
                    //slotToExpunge到返回值位置都已经没有脏数据，cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len)是从返回值位置开始清除脏数据。
                    return;
                }

                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)//slotToExpunge == staleSlot说明向左找又回来了， 说明e都不为null，会是死循环。 
                    slotToExpunge = i;//左边没有脏数据右边i是脏数据。第一个for循环没有改变slotToExpunge的值。 清除的位置变为i。否则清除位置是左边的脏数据。肯定要以左边的清除位置为准，因为可以清除的更多。
            }
            //像右走，一直到e=null位置，都没有找到key相等的位置。就放到staleSlot脏数据位置。
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

            // staleSlot是放数据的位置，不能清除。
            if (slotToExpunge != staleSlot)
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
        }
        
        //清除i位置，并且i向右一直到null清除或者重新找位置
        private int expungeStaleEntry(int staleSlot) { 
            Entry[] tab = table;//局部变量是为了增强引用，不回收。
            int len = tab.length;

            // staleSlot位置  置位null。
            tab[staleSlot].value = null;//Entry里面的value解除关系，Entry里面的referent已经解除关系了。
            tab[staleSlot] = null;//Entry断掉引用关系，
            size--;

            // staleSlot位置移除可，往后一直在null，Rehash  
            Entry e;
            int i;
            //上面把staleSlot位置置为null了。从staleSlot向右一个个看，key为null就清除，不为null就重新算位置。e=null退出循环。
            for (i = nextIndex(staleSlot, len); (e = tab[i]) != null; i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();//get()方法返回的是referent=ThreadLocal。
                if (k == null) {//e不为null key是null就移除，
                    e.value = null;
                    tab[i] = null;//value移除，entyr解除关系，ThreadLocal已经解除关系为null了。
                    size--;
                } else {
                    int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                    if (h != i) {//重新找位置h
                        tab[i] = null;

                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);//h有元素，重新找h
                        tab[h] = e;//放到h的位置上去
                    }
                }
            }
            return i;//旧i和新i之间全部没有脏数据了。新i是null的位置。
        }

        //本来只准备i开始移动log2(n)次，移动过程中发现有脏数据，就改变移动次数再次移动log2(len)次。
        private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {//新插入的位置i和实际大小n
            boolean removed = false;//并没有真正的清除，只是找到了要清除的位置，而真正的清除在 expungeStaleEntry(int staleSlot) 里面
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            do {
                i = nextIndex(i, len);//从i开始一个个向后看。循环log2(n)趟i一直加到i+log2(n)，可以循环回来。
                Entry e = tab[i];
                if (e != null && e.get() == null) {
                    n = len;//如果在扫描过程中遇到脏entry的话就会令n为当前hash表的长度（n=len），再扫描log2(n)趟，
                    //注意此时n增加无非就是多增加了循环次数，增加循环次数就是i向右增加到更大的位置而已。
                    removed = true;
                    i = expungeStaleEntry(i);//清除i位置，并且i向右一直到null清除或者重新找位置。旧i到新i之间全部没有脏数据了，下次从新i开始就可以了。
                }
                //执行 对数次数  数量的扫描，是一种 基于不扫描（快速但保留垃圾）和 所有元素扫描之间的平衡。
            } while ( (n >>>= 1) != 0);//n除以2，n用来控制扫描趟数（循环次数），在扫描过程中，如果没有遇到脏entry就整个扫描过程持续log2(n)次，log2(n)的得来是因为n >>>= 1，每次n右移一位相当于n除以2。
            //
            return removed;
        }

        private void rehash() {//首先会清理陈旧的 Entry，如果清理完之后元素数量仍然大于 threshold 的 3/4，则进行扩容操作（数组大小变为原来的 2倍）
            expungeStaleEntries();

            if (size >= threshold - threshold / 4)  //size >= 3/4*threshold， size >= 1/2*len
                resize();//扩容
        }

        private void resize() {
            Entry[] oldTab = table;
            int oldLen = oldTab.length;
            int newLen = oldLen * 2;
            Entry[] newTab = new Entry[newLen];
            int count = 0;

            for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
                Entry e = oldTab[j];
                if (e != null) {
                    ThreadLocal<?> k = e.get();
                    if (k == null) {//遍历过程中如果遇到脏entry的话直接另value为null,有助于value能够被回收
                        e.value = null; // 帮助GC
                    } else {//重新hash
                        int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                        while (newTab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, newLen);
                        newTab[h] = e;
                        count++;
                    }
                }
            }

            setThreshold(newLen);
            size = count;
            table = newTab;
        }

        /**
         */
        private void expungeStaleEntries() {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            for (int j = 0; j < len; j++) {//遍历所有的元素
                Entry e = tab[j];
                if (e != null && e.get() == null)//key为null的有问题元素。
                    expungeStaleEntry(j);
            }
        }
    }
}