深入剖析ThreadLocal

Java并發(fā)編程：深入剖析ThreadLocal

　　想必很多朋友對ThreadLocal并不陌生，今天我們就來一起探討下ThreadLocal的使用方法和實現(xiàn)原理。首先，本文先談一下對ThreadLocal的理解，然后根據(jù)ThreadLocal類的源碼分析了其實現(xiàn)原理和使用需要注意的地方，最后給出了兩個應(yīng)用場景。

　　以下是本文目錄大綱：

　　一.對ThreadLocal的理解

　　二.深入解析ThreadLocal類

　　三.ThreadLocal的應(yīng)用場景

　　若有不正之處請多多諒解，并歡迎批評指正。

　　請尊重作者勞動成果，轉(zhuǎn)載請標(biāo)明原文鏈接：

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一.對ThreadLocal的理解


　ThreadLocal，很多地方叫做線程本地變量，也有些地方叫做線程本地存儲，其實意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal為變量在每個線程中都創(chuàng)建了一個副本，那么每個線程可以訪問自己內(nèi)部的副本變量。

　　這句話從字面上看起來很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　我們還是先來看一個例子：

classConnectionManager {


????privatestaticConnection connect =?null;


????publicstaticConnection openConnection() {

????????if(connect ==?null){

????????????connect = DriverManager.getConnection();

????????}

????????returnconnect;

????}


????publicstaticvoidcloseConnection() {

????????if(connect!=null)

????????????connect.close();

????}

}

假設(shè)有這樣一個數(shù)據(jù)庫鏈接管理類，這段代碼在單線程中使用是沒有任何問題的，但是如果在多線程中使用呢？很顯然，在多線程中使用會存在線程安全問題：第一，這里面的2個方法都沒有進行同步，很可能在openConnection方法中會多次創(chuàng)建connect；第二，由于connect是共享變量，那么必然在調(diào)用connect的地方需要使用到同步來保障線程安全，因為很可能一個線程在使用connect進行數(shù)據(jù)庫操作，而另外一個線程調(diào)用closeConnection關(guān)閉鏈接。

　　所以出于線程安全的考慮，必須將這段代碼的兩個方法進行同步處理，并且在調(diào)用connect的地方需要進行同步處理。

　　這樣將會大大影響程序執(zhí)行效率，因為一個線程在使用connect進行數(shù)據(jù)庫操作的時候，其他線程只有等待。

　　那么大家來仔細分析一下這個問題，這地方到底需不需要將connect變量進行共享？事實上，是不需要的。假如每個線程中都有一個connect變量，各個線程之間對connect變量的訪問實際上是沒有依賴關(guān)系的，即一個線程不需要關(guān)心其他線程是否對這個connect進行了修改的。

　　到這里，可能會有朋友想到，既然不需要在線程之間共享這個變量，可以直接這樣處理，在每個需要使用數(shù)據(jù)庫連接的方法中具體使用時才創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫鏈接，然后在方法調(diào)用完畢再釋放這個連接。比如下面這樣：

classConnectionManager {


????private?Connection connect =?null;


????publicConnection openConnection() {

????????if(connect ==?null){

????????????connect = DriverManager.getConnection();

????????}

????????returnconnect;

????}


????publicvoidcloseConnection() {

????????if(connect!=null)

????????????connect.close();

????}

}



classDao{

????publicvoidinsert() {

????????ConnectionManager connectionManager =?newConnectionManager();

????????Connection connection = connectionManager.openConnection();


????????//使用connection進行操作


????????connectionManager.closeConnection();

????}

}

這樣處理確實也沒有任何問題，由于每次都是在方法內(nèi)部創(chuàng)建的連接，那么線程之間自然不存在線程安全問題。但是這樣會有一個致命的影響：導(dǎo)致服務(wù)器壓力非常大，并且嚴重影響程序執(zhí)行性能。由于在方法中需要頻繁地開啟和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接，這樣不盡嚴重影響程序執(zhí)行效率，還可能導(dǎo)致服務(wù)器壓力巨大。

　　那么這種情況下使用ThreadLocal是再適合不過的了，因為ThreadLocal在每個線程中對該變量會創(chuàng)建一個副本，即每個線程內(nèi)部都會有一個該變量，且在線程內(nèi)部任何地方都可以使用，線程之間互不影響，這樣一來就不存在線程安全問題，也不會嚴重影響程序執(zhí)行性能。

　　但是要注意，雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題，但是由于在每個線程中都創(chuàng)建了副本，所以要考慮它對資源的消耗，比如內(nèi)存的占用會比不使用ThreadLocal要大。

二.深入解析ThreadLocal類


在上面談到了對ThreadLocal的一些理解，那我們下面來看一下具體ThreadLocal是如何實現(xiàn)的。

　　先了解一下ThreadLocal類提供的幾個方法：

publicT get() { }

publicvoidset(T value) { }

publicvoidremove() { }

protectedT initialValue() { }

get()方法是用來獲取ThreadLocal在當(dāng)前線程中保存的變量副本，set()用來設(shè)置當(dāng)前線程中變量的副本，remove()用來移除當(dāng)前線程中變量的副本，initialValue()是一個protected方法，一般是用來在使用時進行重寫的，它是一個延遲加載方法，下面會詳細說明。

　　首先我們來看一下ThreadLocal類是如何為每個線程創(chuàng)建一個變量的副本的。

　　先看下get方法的實現(xiàn)：

第一句是取得當(dāng)前線程，然后通過getMap(t)方法獲取到一個map，map的類型為ThreadLocalMap。然后接著下面獲取到鍵值對，注意這里獲取鍵值對傳進去的是? this，而不是當(dāng)前線程t。

如果獲取成功，則返回value值。

　　如果map為空，則調(diào)用setInitialValue方法返回value。

　　我們上面的每一句來仔細分析：

　　首先看一下getMap方法中做了什么：

　　可能大家沒有想到的是，在getMap中，是調(diào)用當(dāng)期線程t，返回當(dāng)前線程t中的一個成員變量threadLocals。

　　那么我們繼續(xù)取Thread類中取看一下成員變量threadLocals是什么：

　　實際上就是一個ThreadLocalMap，這個類型是ThreadLocal類的一個內(nèi)部類，我們繼續(xù)取看ThreadLocalMap的實現(xiàn)：

　　可以看到ThreadLocalMap的Entry繼承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作為鍵值。

　　然后再繼續(xù)看setInitialValue方法的具體實現(xiàn)：

　　很容易了解，就是如果map不為空，就設(shè)置鍵值對，為空，再創(chuàng)建Map，看一下createMap的實現(xiàn)：

　　至此，可能大部分朋友已經(jīng)明白了ThreadLocal是如何為每個線程創(chuàng)建變量的副本的：

　　首先，在每個線程Thread內(nèi)部有一個ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的成員變量threadLocals，這個threadLocals就是用來存儲實際的變量副本的，鍵值為當(dāng)前ThreadLocal變量，value為變量副本（即T類型的變量）。

　　初始時，在Thread里面，threadLocals為空，當(dāng)通過ThreadLocal變量調(diào)用get()方法或者set()方法，就會對Thread類中的threadLocals進行初始化，并且以當(dāng)前ThreadLocal變量為鍵值，以ThreadLocal要保存的副本變量為value，存到threadLocals。

　　然后在當(dāng)前線程里面，如果要使用副本變量，就可以通過get方法在threadLocals里面查找。

　　下面通過一個例子來證明通過ThreadLocal能達到在每個線程中創(chuàng)建變量副本的效果：

public?class?Test {

????ThreadLocal longLocal =?newThreadLocal<Long>();

????ThreadLocal stringLocal =?newThreadLocal<String>();



????public?void?set() {

????????longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

????????stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

????}


????public?long?getLong() {

????????return?longLocal.get();

????}


????public?String getString() {

????????return?stringLocal.get();

????}


????public?static?void?main(String[] args)?throws?InterruptedException {

????????final?Test test =?new?Test();



????????test.set();

????????System.out.println(test.getLong());

????????System.out.println(test.getString());



????????Thread thread1 =?new?Thread(){

????????????public?void?run() {

????????????????test.set();

????????????????System.out.println(test.getLong());

????????????????System.out.println(test.getString());

????????????};

????????};

????????thread1.start();

????????thread1.join();


????????System.out.println(test.getLong());

????????System.out.println(test.getString());

????}

}

?　　這段代碼的輸出結(jié)果為：


　　從這段代碼的輸出結(jié)果可以看出，在main線程中和thread1線程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一樣。最后一次在main線程再次打印副本值是為了證明在main線程中和thread1線程中的副本值確實是不同的。

　　總結(jié)一下：

　　1）實際的通過ThreadLocal創(chuàng)建的副本是存儲在每個線程自己的threadLocals中的；

　　2）為何threadLocals的類型ThreadLocalMap的鍵值為ThreadLocal對象，因為每個線程中可有多個threadLocal變量，就像上面代碼中的longLocal和stringLocal；

　　3）在進行g(shù)et之前，必須先set，否則會報空指針異常；

　　??? 如果想在get之前不需要調(diào)用set就能正常訪問的話，必須重寫initialValue()方法。

　　　 因為在上面的代碼分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)如果沒有先set的話，即在map中查找不到對應(yīng)的存儲，則會通過調(diào)用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一個語句是T value = initialValue()， 而默認情況下，initialValue方法返回的是null。

　　看下面這個例子：

public?class?Test {

????ThreadLocal longLocal =?newThreadLocal<Long>();

????ThreadLocal stringLocal =?newThreadLocal<String>();


????public?void?set() {

????????longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

????????stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

????}


????public?long?getLong() {

????????return?longLocal.get();

????}


????public?String getString() {

????????return?stringLocal.get();

????}


????public?static?void?main(String[] args)?throws?InterruptedException {

????????final?Test test =?new?Test();


????????System.out.println(test.getLong());

????????System.out.println(test.getString());


????????Thread thread1 =?new?Thread(){

????????????public?void?run() {

????????????????test.set();

????????????????System.out.println(test.getLong());

????????????????System.out.println(test.getString());

????????????};

????????};

????????thread1.start();

????????thread1.join();


????????System.out.println(test.getLong());

????????System.out.println(test.getString());

????}

}

?　　在main線程中，沒有先set，直接get的話，運行時會報空指針異常。

　　但是如果改成下面這段代碼，即重寫了initialValue方法：

public?class?Test {

????ThreadLocal longLocal =?newThreadLocal<Long>(){

????????protected?Long initialValue() {

????????????return?Thread.currentThread().getId();

????????};

????};

????ThreadLocal stringLocal =?newThreadLocal<String>(){;

????????protected?String initialValue() {

????????????return?Thread.currentThread().getName();

????????};

????};



????public?void?set() {

????????longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

????????stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

????}


????public?long?getLong() {

????????return?longLocal.get();

????}


????public?String getString() {

????????return?stringLocal.get();

????}


????public?static?void?main(String[] args)?throws?InterruptedException {

????????final?Test test =?new?Test();


????????test.set();

????????System.out.println(test.getLong());

????????System.out.println(test.getString());



????????Thread thread1 =?new?Thread(){

????????????public?void?run() {

????????????????test.set();

????????????????System.out.println(test.getLong());

????????????????System.out.println(test.getString());

????????????};

????????};

????????thread1.start();

????????thread1.join();


????????System.out.println(test.getLong());

????????System.out.println(test.getString());

????}

}

?　　就可以直接不用先set而直接調(diào)用get了。

三.ThreadLocal的應(yīng)用場景

最常見的ThreadLocal使用場景為 用來解決 數(shù)據(jù)庫連接、Session管理等。

　　如：

private?staticThreadLocal<Connection> connectionHolder

=?new?ThreadLocal<Connection>() {

public?Connection initialValue() {

????returnDriverManager.getConnection(DB_URL);

}

};


public?static?Connection getConnection() {

return?connectionHolder.get();

}

?　　下面這段代碼摘自：

http://www.iteye.com/topic/103804

privatestaticfinalThreadLocal threadSession =?newThreadLocal();


publicstaticSession getSession()?throwsInfrastructureException {

????Session s = (Session) threadSession.get();

????try{

????????if(s ==?null) {

????????????s = getSessionFactory().openSession();

????????????threadSession.set(s);

????????}

????}?catch(HibernateException ex) {

????????thrownewInfrastructureException(ex);

????}

????returns;

}

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