(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

2023-01-02 08:05:48

Java并发编程：深入剖析ThreadLoca

Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

说下自己的理解：使用ThreadLocal能够实现空间换时间，重在理解ThreadLocal是如何复制线程副本，ThreadLocal中的四个方法，ThreadLocalMap的使用，在使用ThreadLocal时候有个初始化ThreadLocal变量的过程——set（）或者initialValue()，在这里实现线程副本的复制过程。然后多线程之间调用时候相互之间就没有任何关系了。（下面的红色加粗部分即是）


总之，ThreadLocal不是用来解决对象共享访问问题的，而主要是提供了保持对象的方法和避免参数传递的方便的对象访问方式。归纳了两点： 
1。每个线程中都有一个自己的ThreadLocalMap类对象，可以将线程自己的对象保持到其中，各管各的，线程可以正确的访问到自己的对象。 
2。将一个共用的ThreadLocal静态实例作为key，将不同对象的引用保存到不同线程的ThreadLocalMap中，然后在线程执行的各处通过这个静态ThreadLocal实例的get()方法取得自己线程保存的那个对象，避免了将这个对象作为参数传递的麻烦。

ThreadLocal并不是为线程保存了对象的副本，ThreadLocal是为每个线程隔离了一个类的实例，这个实例的作用于仅限于线程内部。

ThreadLocal
不是用于解决共享变量的问题的，不是为了协调线程同步而存在，而是为了方便每个线程处理自己的状态而引入的一个机制，理解这点对正确使用ThreadLocal至关重要。

　　想必很多朋友对ThreadLocal并不陌生，今天我们就来一起探讨下ThreadLocal的使用方法和实现原理。首先，本文先谈一下对ThreadLocal的理解，然后根据ThreadLocal类的源码分析了其实现原理和使用需要注意的地方，最后给出了两个应用场景。

　　以下是本文目录大纲：

　　一.对ThreadLocal的理解

　　二.深入解析ThreadLocal类

　　三.ThreadLocal的应用场景

　　若有不正之处请多多谅解，并欢迎批评指正。

　　请尊重作者劳动成果，转载请标明原文链接：

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一.对ThreadLocal的理解

　　ThreadLocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

　　这句话从字面上看起来很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　我们还是先来看一个例子：

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class ConnectionManager
{
     
    private static Connection
connect = null;
     
    public static Connection
openConnection() {
        if(connect
== null){
            connect
= DriverManager.getConnection();
        }
        return connect;
    }
     
    public static void closeConnection()
{
        if(connect!=null)
            connect.close();
    }
}

　　假设有这样一个数据库链接管理类，这段代码在单线程中使用是没有任何问题的，但是如果在多线程中使用呢？很显然，在多线程中使用会存在线程安全问题：第一，这里面的2个方法都没有进行同步，很可能在openConnection方法中会多次创建connect；第二，由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程调用closeConnection关闭链接。

　　所以出于线程安全的考虑，必须将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理。

　　这样将会大大影响程序执行效率，因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候，其他线程只有等待。

　　那么大家来仔细分析一下这个问题，这地方到底需不需要将connect变量进行共享？事实上，是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。

　　到这里，可能会有朋友想到，既然不需要在线程之间共享这个变量，可以直接这样处理，在每个需要使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库链接，然后在方法调用完毕再释放这个连接。比如下面这样：

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class ConnectionManager
{
     
    private  Connection
connect = null;
     
    public Connection
openConnection() {
        if(connect
== null){
            connect
= DriverManager.getConnection();
        }
        return connect;
    }
     
    public void closeConnection()
{
        if(connect!=null)
            connect.close();
    }
}
 
 
class Dao{
    public void insert()
{
        ConnectionManager
connectionManager = new ConnectionManager();
        Connection
connection = connectionManager.openConnection();
         
        //使用connection进行操作
         
        connectionManager.closeConnection();
    }
}

　　这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不尽严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。

　　那么这种情况下使用ThreadLocal是再适合不过的了，因为ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。

　　但是要注意，虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用ThreadLocal要大。

二.深入解析ThreadLocal类

　　在上面谈到了对ThreadLocal的一些理解，那我们下面来看一下具体ThreadLocal是如何实现的。

　　先了解一下ThreadLocal类提供的几个方法：

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public T
get() { }
public void set(T
value) { }
public void remove()
{ }
protected T
initialValue() { }

　　get()方法是用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本，set()用来设置当前线程中变量的副本，remove()用来移除当前线程中变量的副本，initialValue()是一个protected方法，一般是用来在使用时进行重写的，它是一个延迟加载方法，下面会详细说明。（理解get（）和initialValue()是关键）

　　首先我们来看一下ThreadLocal类是如何为每个线程创建一个变量的副本的。

　　先看下get方法的实现：

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　　第一句是取得当前线程，然后通过getMap(t)方法获取到一个map，map的类型为ThreadLocalMap。然后接着下面获取到<key,value>键值对，注意这里获取键值对传进去的是  this，而不是当前线程t。

　　如果获取成功，则返回value值。

　　如果map为空，则调用setInitialValue方法返回value。

　　我们上面的每一句来仔细分析：

　　首先看一下getMap方法中做了什么：

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　　可能大家没有想到的是，在getMap中，是调用当期线程t，返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。

　　那么我们继续取Thread类中取看一下成员变量threadLocals是什么：

　　(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

　　实际上就是一个ThreadLocalMap，这个类型是ThreadLocal类的一个内部类，我们继续取看ThreadLocalMap的实现：

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　　可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作为键值。

　　然后再继续看setInitialValue方法的具体实现：

(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

　　很容易了解，就是如果map不为空，就设置键值对，为空，再创建Map，看一下createMap的实现：

　　(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

　　至此，可能大部分朋友已经明白了ThreadLocal是如何为每个线程创建变量的副本的：

　　首先，在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）。

　　初始时，在Thread里面，threadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals。

　　然后在当前线程里面，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

　　下面通过一个例子来证明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果：

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public class Test
{
    ThreadLocal<Long>
longLocal = new ThreadLocal<Long>();
    ThreadLocal<String>
stringLocal = new ThreadLocal<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());
    }
}

　　这段代码的输出结果为：

　　(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

　　从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread1线程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。

　　总结一下：

　　1）实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；

　　2）为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象，因为每个线程中可有多个threadLocal变量，就像上面代码中的longLocal和stringLocal；

　　3）在进行get之前，必须先set，否则会报空指针异常；

　　    如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话，必须重写initialValue()方法。

　　　 因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一个语句是T value = initialValue()， 而默认情况下，initialValue方法返回的是null。

　　(转)Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

　　看下面这个例子：

　　

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public class Test
{
    ThreadLocal<Long>
longLocal = new ThreadLocal<Long>();
    ThreadLocal<String>
stringLocal = new ThreadLocal<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线程中，没有先set，直接get的话，运行时会报空指针异常。

　　但是如果改成下面这段代码，即重写了initialValue方法：

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public class Test
{
    ThreadLocal<Long>
longLocal = new ThreadLocal<Long>(){
        protected Long
initialValue() {
            return Thread.currentThread().getId();
        };
    };
    ThreadLocal<String>
stringLocal = new ThreadLocal<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而直接调用get了。

三.ThreadLocal的应用场景

　　最常见的ThreadLocal使用场景为 用来解决 数据库连接、Session管理等。

　　如：

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private static ThreadLocal<Connection>
connectionHolder
= new ThreadLocal<Connection>()
{
public Connection
initialValue() {
    return DriverManager.getConnection(DB_URL);
}
};
 
public static Connection
getConnection() {
return connectionHolder.get();
}

　　下面这段代码摘自：

　　http://www.iteye.com/topic/103804

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private static final ThreadLocal
threadSession = new ThreadLocal();
 
public static Session
getSession() throws InfrastructureException
{
    Session
s = (Session) threadSession.get();
    try {
        if (s
== null)
{
            s
= getSessionFactory().openSession();
            threadSession.set(s);
        }
    } catch (HibernateException
ex) {
        throw new InfrastructureException(ex);
    }
    return s;
}
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