笔者一直在思考 Shiro 如何通过 SecurityUtils 拿到当前用户。原来是对于每个 HTTP 请求，在 Java 中都会开启一个线程进行处理，这个线程内就存放了当前的请求与请求信息，Shiro 通过当前线程，就可以拿到对应的 HTTP 请求，从而拿到当前用户。

进一步考虑，Spring Boot 是如何实现这一过程的呢？Spring Boot 如何为每个请求分配线程，在线程中注入请求信息，又如何通过线程取出请求呢？

RequestContextHolder

源码：

public abstract class RequestContextHolder  {

	private static final boolean jsfPresent =
			ClassUtils.isPresent("javax.faces.context.FacesContext", RequestContextHolder.class.getClassLoader());

	private static final ThreadLocal<RequestAttributes> requestAttributesHolder =
			new NamedThreadLocal<>("Request attributes");

	private static final ThreadLocal<RequestAttributes> inheritableRequestAttributesHolder =
			new NamedInheritableThreadLocal<>("Request context");


	/**
	 * Reset the RequestAttributes for the current thread.
	 */
	public static void resetRequestAttributes() {
		requestAttributesHolder.remove();
		inheritableRequestAttributesHolder.remove();
	}

	/**
	 * Bind the given RequestAttributes to the current thread,
	 * <i>not</i> exposing it as inheritable for child threads.
	 * @param attributes the RequestAttributes to expose
	 * @see #setRequestAttributes(RequestAttributes, boolean)
	 */
	public static void setRequestAttributes(@Nullable RequestAttributes attributes) {
		setRequestAttributes(attributes, false);
	}

	/**
	 * Bind the given RequestAttributes to the current thread.
	 * @param attributes the RequestAttributes to expose,
	 * or {@code null} to reset the thread-bound context
	 * @param inheritable whether to expose the RequestAttributes as inheritable
	 * for child threads (using an {@link InheritableThreadLocal})
	 */
	public static void setRequestAttributes(@Nullable RequestAttributes attributes, boolean inheritable) {
		if (attributes == null) {
			resetRequestAttributes();
		}
		else {
			if (inheritable) {
				inheritableRequestAttributesHolder.set(attributes);
				requestAttributesHolder.remove();
			}
			else {
				requestAttributesHolder.set(attributes);
				inheritableRequestAttributesHolder.remove();
			}
		}
	}

	/**
	 * Return the RequestAttributes currently bound to the thread.
	 * @return the RequestAttributes currently bound to the thread,
	 * or {@code null} if none bound
	 */
	@Nullable
	public static RequestAttributes getRequestAttributes() {
		RequestAttributes attributes = requestAttributesHolder.get();
		if (attributes == null) {
			attributes = inheritableRequestAttributesHolder.get();
		}
		return attributes;
	}

	/**
	 * Return the RequestAttributes currently bound to the thread.
	 * <p>Exposes the previously bound RequestAttributes instance, if any.
	 * Falls back to the current JSF FacesContext, if any.
	 * @return the RequestAttributes currently bound to the thread
	 * @throws IllegalStateException if no RequestAttributes object
	 * is bound to the current thread
	 * @see #setRequestAttributes
	 * @see ServletRequestAttributes
	 * @see FacesRequestAttributes
	 * @see javax.faces.context.FacesContext#getCurrentInstance()
	 */
	public static RequestAttributes currentRequestAttributes() throws IllegalStateException {
		RequestAttributes attributes = getRequestAttributes();
		if (attributes == null) {
			if (jsfPresent) {
				attributes = FacesRequestAttributesFactory.getFacesRequestAttributes();
			}
			if (attributes == null) {
				throw new IllegalStateException("No thread-bound request found: " +
						"Are you referring to request attributes outside of an actual web request, " +
						"or processing a request outside of the originally receiving thread? " +
						"If you are actually operating within a web request and still receive this message, " +
						"your code is probably running outside of DispatcherServlet: " +
						"In this case, use RequestContextListener or RequestContextFilter to expose the current request.");
			}
		}
		return attributes;
	}

}

Spring Boot 创建了 RequestContextHolder 工具类，这个工具类有两个类型为 ThreadLocal<RequestAttributes> 静态成员：

requestAttributesHolder 请求属性持有者
inheritableRequestAttributesHolder 可被子类继承的请求属性持有者

这个工具类提供了以下静态方法：

resetRequestAttributes 初始化请求属性
setRequestAttributes 设置请求属性
getRequestAttributes 获得请求属性
currentRequestAttributes 当前请求属性

观察该工具类，可以猜到 Spring Boot 在处理请求时，会通过某种方法 (具体方法后文再涉及) 将当前的请求通过 setRequestAttributes 存入 requestAttributesHolder 中。如果需要获取，就可以通过 getRequestAttributes 将当前请求取出。

那么 setRequestAttributes 的具体过程是什么呢？观察源码：

public static void setRequestAttributes(@Nullable RequestAttributes attributes) {
	setRequestAttributes(attributes, false);
}

public static void setRequestAttributes(@Nullable RequestAttributes attributes, boolean inheritable) {
	if (attributes == null) {
		resetRequestAttributes();
	}
	else {
		if (inheritable) {
			inheritableRequestAttributesHolder.set(attributes);
			requestAttributesHolder.remove();
		}
		else {
			requestAttributesHolder.set(attributes);
			inheritableRequestAttributesHolder.remove();
		}
	}
}

如果 inheritable 为真，便将 requestAtteributesHolder 的内容清空，向 inheritableRequestAttributesHolder 中存入当前请求；

反之，将 inheritableRequestAtteributesHolder 内容清空，向 requestAttributesHolder 中存入当前请求。

说白了，setRequestAttributes 方法就是将当前请求存入了某个请求属性的持有容器中。

那么，请求属性持有容器的 set 方法又做了什么？

ThreadLocal

请求属性持有容器是类型为 ThreadLocal 的静态成员，也就是说容器只有一个实例，所有的请求都会被放到这个容器中统一管理。

观察 ThreadLocal 的 set 方法的源码：

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

注意到，ThreadLocal 的 set 方法本质上是通过当前线程拿到 Map，将 ThreadLocal 作为 key，参数作为 value，存入 Map 中。

那么这个 Map 从哪里来，又属于谁呢？观察 ThreadLocal 的源码：

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

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

getMap 本质是返回线程的 threadLocals 成员；

而 createMap 则是为该线程创建了一个 Map。

而 threadLocals，则是每一个 Thread 自带的成员变量，Thread 的源码：

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/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
 * by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

到这里，我们就可以理清关系：

根据 Servlet 的机制，每一个 HTTP 请求拥有一个对应的 Thread
当某个请求被接收时，Spring Boot 通过某种方法调用了 RequestContextHolder 的静态方法 setRequestAttributes，向静态成员——请求属性接收容器 ThreadLocal 中存放当前的请求属性
ThreadLocal 获取当前 Thread 的 threadLocals 成员，如果该成员为 null，则为其创建一个 Map，如果 Map 已经存在则不创建。之后以 ThreadLocal，也就是请求属性接收容器为 key，请求属性为 value，向 Map 中存放 k-v 对
每个 Thread 维护一个自己的成员 Map，而请求属性接收容器只有一个
调用 getRequestAttributes 静态方法时，则以请求属性接受容器为 key，在当前 Thread 维护的成员 Map 中，找到对应的 value 并返回，就可以拿到当前的请求属性

那么，这个 Map——ThreadLocalMap 又是如何实现的？

ThreadLocalMap

观察源码：

static class ThreadLocalMap {
    
	static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {

        Object value;

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

        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;

        private Entry[] table;

        private int size = 0;

        private int threshold; // Default to 0

		...
            
	}
}

ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的静态内部类成员，其本质是一个存放 Entry 类型变量的数组。这个数组通过一定的方式——哈希散列，实现了 HashMap 的效果。

而 Entry 是一个弱引用，它拥有两个成员即 key 和 value。如果使用强引用，则线程结束之后 Entry 才会被回收，因此使用弱引用才能使 Entry 及时回收。

观察 ThreadLocalMap 的 set 方法：

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) {
            e.value = value;
            return;
        }

        if (k == null) {
            replaceStaleEntry(key, value, i);
            return;
        }
    }

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

set 方法的步骤如下：

当前 ThreadLocal 的哈希值与 (表长度 - 1) 进行位运算 (相当于取模)，算得当前下标
如果当前下标存放了 Entry：
- 如果 Entry 中的 key 与当前参数中的 key 一致，则修改 Entry 中的 value
- 如果参数中的 key 为 null，则调用 replaceStaleEntry 方法，进行探测性的清理过期元素
- 调用 nextIndex 方法获取新的下标，直到该下标没有存放 Entry
找到空的下标之后，向其中存入一个新的 Entry，并判断进行扩容

那么，ThreadLocal 的哈希值从哪里来？nextIndex 又做了什么？

观察源码：

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

private static AtomicInteger nextHashCode =
    new AtomicInteger();

private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

private static int nextHashCode() {
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

ThreadLocal 类中有一个静态常量 HASH_INCREMENT = 0x61c88647，这个值是斐波那契散列乘数，通过这个常数计算得到的下标的分布相当均匀。

每一个 ThreadLocal 实例创建时，其成员 threadLocalHashCode 即该 ThreadLocal 实例的哈希值，都会通过静态方法 nextHashCode 生成；

nextHashCode 令静态变量 nextHashCode 增加一个斐波那契散列乘数后返回，AtomicInteger 是一个原子类型，其操作是原子操作，可以保证线程安全。

通过这样的方法，如果依次生成了 3 个 ThreadLocal 实例，他们对应的哈希值就是：

1 * HASH_INCREMENT
2 * HASH_INCREMENT
3 * HASH_INCREMENT

从而使得每个 ThreadLocal 实例拥有唯一的哈希值。

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private static int nextIndex(int i, int len) {
    return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}

而 nextIndex 其实就是让下标 + 1，如果下标超出当前的长度就返回 0。

可以想象，ThreadLocalMap 的 get 方法其实就是通过当前 ThreadLocal 的哈希值取 (表长度 - 1) 取模算得下标，不断调用 nextIndex 方法直到当前下标存放的 Entry 中的 key 与参数中的 key 一致，则返回 value。

观察源码：

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
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    while (e != null) {
        ThreadLocal<?> k = e.get();
        if (k == key)
            return e;
        if (k == null)
            expungeStaleEntry(i);
        else
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;

get 方法的步骤如下：

通过当前 ThreadLocal 和 (表长度 - 1) 取模计算得到下标
如果下标对应的 Entry 存放的 key 与参数中的 key 一致，返回 value
如果不一致或不存在，调用 getEntryAfterMiss 方法
getEntryAfterMiss 判断当前 Entry 是否为空
如果当前 Entry 不为空：
- 如果存放的 key 与参数中的 key 一致，返回 value
- 如果参数中的 key 为 null，调用 expungeStaleEntry 方法，清除脏 Entry
- 如果上述条件不满足，调用 nextIndex 方法计算新的下标
通过新的下标取得当前 Entry，再次判断

DispatcherServlet

最后，请求属性从何而来，Spring Boot 什么时候调用了 RequestContextHolder 工具类中的方法？

Spring MVC 的核心就是 DispatcherServlet 前置控制器，DispatcherServlet 实质也是一个 HttpServlet。DispatcherSevlet 负责将请求分发，所有的请求都有经过它来统一分发。

所有的请求都会经过 DispatcherServlet，而 DispatcherServlet 就会调用 RequestContextHolder 工具类中的方法，存放当前的请求。

DispatcherServlet 继承自 FrameworkServlet ，FrameworkSerlvlet 中的 service、doGet、doPost 等方法都调用了 processRequest 方法：

protected final void processRequest(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
		throws ServletException, IOException {

	...

	initContextHolders(request, localeContext, requestAttributes);

	try {
		doService(request, response);
	}
	catch
           
	...
           
	finally {
		resetContextHolders(request, previousLocaleContext, previousAttributes);
           
           ...
               
	}
}

processRequest 方法中调用 initContextHolders 方法，通过 RequestContextHolder 工具类向请求属性接收容器中存入请求属性：

private void initContextHolders(HttpServletRequest request,
		@Nullable LocaleContext localeContext, @Nullable RequestAttributes requestAttributes) {

	...
           
	if (requestAttributes != null) {
		RequestContextHolder.setRequestAttributes(requestAttributes, this.threadContextInheritable);
	}
}

请求结束后调用 resetContextHolders 方法，通过 RequestContextHolder 工具类恢复之前的请求属性：

private void resetContextHolders(HttpServletRequest request,
		@Nullable LocaleContext prevLocaleContext, @Nullable RequestAttributes previousAttributes) {

	...
           
	RequestContextHolder.setRequestAttributes(previousAttributes, this.threadContextInheritable);
}

这就是 RequestContextHolder 的全过程。

吴世涵的博客

Spring Boot 源码分析——RequestContextHolder 与 ThreadLocal

RequestContextHolder

ThreadLocal

ThreadLocalMap

DispatcherServlet