ThreadLocal類

時間  2019-11-15
標籤 threadlocal 欄目 Java 简体版
原文   原文鏈接 
public class ThreadLocalTest1 implements Runnable{
	private static ThreadLocal<Integer> threadLocalA = new ThreadLocal<Integer>();
	private static ThreadLocal<Integer> threadLocalB = new ThreadLocal<Integer>();
	
	public static void main(String[] args) {
		Thread t1 = new Thread(new ThreadLocalTest1(), "A");
		Thread t2 = new Thread(new ThreadLocalTest1(), "B");
		t1.start();
		t2.start();
	}

	@Override
	public void run() {
		threadLocalA.set((int) (Math.random() * 100D));
		System.out.println("當前線程：" + Thread.currentThread().getName() + ": " + threadLocalA.get());
		
		threadLocalB.set((int) (Math.random() * 100D));
		System.out.println("當前線程：" + Thread.currentThread().getName() + ": " + threadLocalB.get());
	}

}

　輸出：java

　　當前線程：A: 98
　　當前線程：A: 25
　　當前線程：B: 28
　　當前線程：B: 27mysql

其中： 98， 25 這兩個值都會放到本身所屬的線程對線A當中web

　　　28， 27這兩個值都會放到本身所屬的線程對線A當中sql

                                   

1、對ThreadLocal理解

　　ThreadLocal提供一個方便的方式，能夠根據不一樣的線程存放一些不一樣的特徵屬性，能夠方便的在線程中進行存取。　　編程

　　歸納起來講，對於多線程資源共享的問題，同步機制採用了「以時間換空間」的方式，而 ThreadLocal 採用了「以空間換時間」的方式。前者僅提供一份變量，讓不一樣的線程排隊訪問；後者爲每個線程都提供了一份變量，所以能夠同時訪問而互不影響。數組

　　ThreadLocal 類主要有以下方法：緩存

　　　　protected T initialValue()：設置初始值，默認爲null
　　　　public void set(T value)：設置一個要保存的值，並會覆蓋原來的值
　　　　public T get()：得到保存的值，若是沒有用過set方法，會獲取到初始值
　　　　public void remove()：移除保存的值session

ThreadLocal是什麼

　　首先，它是一個數據結構，有點像HashMap，能夠保存"key : value"鍵值對，可是一個ThreadLocal只能保存一個，而且各個線程的數據互不干擾。數據結構

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
localName.set("佔小狼");
String name = localName.get();

　　在線程1中初始化了一個ThreadLocal對象localName，並經過set方法，保存了一個值 佔小狼，同時在線程1中經過 localName.get()能夠拿到以前設置的值，可是若是在線程2中，拿到的將是一個null。多線程

　　這是爲何，如何實現？不過以前也說了，ThreadLocal保證了各個線程的數據互不干擾。

　　看看 set(T value)和 get()方法的源碼

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 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();
}

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

　　能夠發現，每一個線程中都有一個 ThreadLocalMap數據結構，當執行set方法時，其值是保存在當前線程的 threadLocals變量中，當執行set方法中，是從當前線程的 threadLocals變量獲取。

　　因此在線程1中set的值，對線程2來講是摸不到的，並且在線程2中從新set的話，也不會影響到線程1中的值，保證了線程之間不會相互干擾。

　　那每一個線程中的 ThreadLoalMap到底是什麼？

ThreadLoalMap

本文分析的是1.7的源碼。

　　從名字上看，能夠猜到它也是一個相似HashMap的數據結構，可是在ThreadLocal中，並沒實現Map接口。

　　在ThreadLoalMap中，也是初始化一個大小16的Entry數組，Entry對象用來保存每個key-value鍵值對，只不過這裏的key永遠都是ThreadLocal對象，是否是很神奇，經過ThreadLocal對象的set方法，結果把ThreadLocal對象本身當作key，放進了ThreadLoalMap中。

　　這裏須要注意的是，ThreadLoalMap的Entry是繼承WeakReference，和HashMap很大的區別是，Entry中沒有next字段，因此就不存在鏈表的狀況了。

hash衝突

　　沒有鏈表結構，那發生hash衝突了怎麼辦？

　　先看看ThreadLoalMap中插入一個key-value的實現

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();
}

　　每一個ThreadLocal對象都有一個hash值 threadLocalHashCode，每初始化一個ThreadLocal對象，hash值就增長一個固定的大小 0x61c88647。

　　在插入過程當中，根據ThreadLocal對象的hash值，定位到table中的位置i，過程以下：一、若是當前位置是空的，那麼正好，就初始化一個Entry對象放在位置i上；二、不巧，位置i已經有Entry對象了，若是這個Entry對象的key正好是即將設置的key，那麼從新設置Entry中的value；三、很不巧，位置i的Entry對象，和即將設置的key不要緊，那麼只能找下一個空位置；

　　這樣的話，在get的時候，也會根據ThreadLocal對象的hash值，定位到table中的位置，而後判斷該位置Entry對象中的key是否和get的key一致，若是不一致，就判斷下一個位置

　　能夠發現，set和get若是衝突嚴重的話，效率很低，由於ThreadLoalMap是Thread的一個屬性，因此即便在本身的代碼中控制了設置的元素個數，但仍是不能控制其它代碼的行爲。

內存泄露

　　ThreadLocal可能致使內存泄漏，爲何？先看看Entry的實現：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {    
    /** The value associated with this ThreadLocal. */    
    Object value;
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {        
        super(k);        
        value = v;    
    }
}

　　經過以前的分析已經知道，當使用ThreadLocal保存一個value時，會在ThreadLocalMap中的數組插入一個Entry對象，按理說key-value都應該以強引用保存在Entry對象中，但在ThreadLocalMap的實現中，key被保存到了WeakReference對象中。

　　這就致使了一個問題，ThreadLocal在沒有外部強引用時，發生GC時會被回收，若是建立ThreadLocal的線程一直持續運行，那麼這個Entry對象中的value就有可能一直得不到回收，發生內存泄露。

如何避免內存泄露

　　既然已經發現有內存泄露的隱患，天然有應對的策略，在調用ThreadLocal的get()、set()可能會清除ThreadLocalMap中key爲null的Entry對象，這樣對應的value就沒有GC Roots可達了，下次GC的時候就能夠被回收，固然若是調用remove方法，確定會刪除對應的Entry對象。

　　若是使用ThreadLocal的set方法以後，沒有顯示的調用remove方法，就有可能發生內存泄露，因此養成良好的編程習慣十分重要，使用完ThreadLocal以後，記得調用remove方法。

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
try {    
    localName.set("佔小狼");    
    // 其它業務邏輯
} finally {    
    localName.remove();
}

2、以session爲例來理解ThreadLocal　　

　　在web開發的session中，不一樣的線程對應不一樣的session，那麼如何針對不一樣的線程獲取對應的session呢？

　　咱們能夠設想了以下兩種方式：

　　　　1.在action中建立session，而後傳遞給Service，Service再傳遞給Dao，很明顯，這種方式將使代碼變得臃腫複雜。

　　　　2.建立一個靜態的map，鍵對應咱們的線程，值對應session，當咱們想獲取session時，只須要獲取map，而後根據當前的線程就能夠獲取對應的值。

　　咱們看看Hibernate中是如何實現這種狀況的：

　

　　在Hibernate中是經過使用ThreadLocal來實現的。在getSession方法中，若是ThreadLocal存在session，則返回session，不然建立一個session放入ThreadLocal中。

　　總結一下就是在ThreadLocal中存放了一個session。

爲何咱們在ThreadLocal存放一個session，這個session就會與一個線程對應呢？　

　　實際上ThreadLocal中並無存聽任何的對象或引用，在上面的的代碼中ThreadLocal的實例threadSession只至關於一個標記的做用。而存放對象的真正位置是正在運行的Thread線程對象，每一個Thread對象中都存放着一個ThreadLocalMap類型threadLocals對象，這是一個映射表map，這個map的鍵是一個ThreadLocal對象，值就是咱們想存的局部對象。

　　咱們以上面的代碼爲例分析一下：

　　當咱們往ThreadLocal中存放變量的時候發生了什麼？

　　即這行代碼時。

　　咱們看下ThreadLocal的源碼中set()方法的實現。

　　若是把這些代碼簡化的話就一句

　　　　Thread.currentThread().threadLocals.set(this,value);

　　　　Thread.currentThread()獲取當前的線程

　　　　threadLocals就是咱們上面說的每一個線程對象中用於存放局部對象的map

　　因此set()就是獲取到當前線程的map而後把值放進去，咱們發現鍵是this，也就是當前的ThreadLocal對象，能夠發現ThreadLocal對象就是一個標記的做用，咱們根據這個標記找到對應的局部對象。

　　若是對比get()方法，能夠發現原理都差很少，都是對線程中的threadLocals這個map的操做，我就不解釋了。

　　ThreadLocal就是一個標記的做用，當咱們在線程中使用ThreadLocal的set()或者get()方法時，實際上是在操做咱們線程自帶的threadLocals這個map，多個線程的時候天然就有多個map，這些map互相獨立，可是，這些map都是根據一個ThreadLocal對象（由於它是靜態的）來做爲鍵存放。

　　這樣能夠在多個線程中，每一個線程存放不同的變量，咱們經過一個ThreadLocal對象，在不一樣的線程（經過Thread.currentThread()獲取當前線程）中獲得不一樣的值（不一樣線程的threadLocals不同）。

　　爲何threadLocals要是一個map呢？

　　由於咱們可能會在一個類中聲明多個ThreadLocal的實例，這樣就有多個標記，因此要使用map對應。

原理：

　線程共享變量緩存以下：

　　Thread.ThreadLocalMap<ThreadLocal, Object>;

　　　　一、Thread: 當前線程，能夠經過Thread.currentThread()獲取。

　　　　二、ThreadLocal：咱們的static ThreadLocal變量。

　　　　三、Object: 當前線程共享變量。

　咱們調用ThreadLocal.get方法時，其實是從當前線程中獲取ThreadLocalMap<ThreadLocal, Object>，而後根據當前ThreadLocal獲取當前線程共享變量Object。

　ThreadLocal.set，ThreadLocal.remove其實是一樣的道理。

 

　這種存儲結構的好處：

　　一、線程死去的時候，線程共享變量ThreadLocalMap則銷燬。

　　二、ThreadLocalMap<ThreadLocal,Object>鍵值對數量爲ThreadLocal的數量，通常來講ThreadLocal數量不多，相比在ThreadLocal中用Map<Thread, Object>鍵值對存儲線程共享變量（Thread數量通常來講比ThreadLocal數量多），性能提升不少。

 

　關於ThreadLocalMap<ThreadLocal, Object>弱引用問題：

　　當線程沒有結束，可是ThreadLocal已經被回收，則可能致使線程中存在ThreadLocalMap<null, Object>的鍵值對，形成內存泄露。（ThreadLocal被回收，ThreadLocal關聯的線程共享變量還存在）。

　　雖然ThreadLocal的get，set方法能夠清除ThreadLocalMap中key爲null的value，可是get，set方法在內存泄露後並不會必然調用，因此爲了防止此類狀況的出現，咱們有兩種手段。

　　　　一、使用完線程共享變量後，顯示調用ThreadLocalMap.remove方法清除線程共享變量；

　　　　二、JDK建議ThreadLocal定義爲private static，這樣ThreadLocal的弱引用問題則不存在了。

應用場景：

　　（1）在線程中存放一些就像session的這種特徵變量，會針對不一樣的線程，有不一樣的值。

　　（2）通常 ThreadLocal 做爲全局變量使用，示例以下：

public class ConnectionManager {

    // 線程內共享Connection，ThreadLocal一般是全局的，支持泛型
    private static ThreadLocal<Connection> threadLocal = new ThreadLocal<Connection>();

    public static Connection getCurrentConnection() {
        Connection conn = threadLocal.get();
        try {
            if(conn == null || conn.isClosed()) {
                String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test" ;
                conn = DriverManager.getConnection(url , "root" , "root") ;
                threadLocal.set(conn);
            }
        } catch (SQLException e) {
        }
        return conn;
    }

    public static void close() {
        Connection conn = threadLocal.get();
        try {
            if(conn != null && !conn.isClosed()) {
                conn.close();
                threadLocal.remove();
                conn = null;
            }
        } catch (SQLException e) {
        }
    }
}

　　（3）ThreadLocal解決共享參數 

　　ThreadLocal 也經常使用在多線程環境中，某個方法處理一個業務，須要遞歸依賴其餘方法時，而要在這些方法中共享參數的問題。

　　例若有方法 a()，在該方法中調用了方法b()，而在方法 b() 中又調用了方法 c()，即 a–>b—>c。若是 a，b，c 如今都須要使用一個字符串參數 args。

　　經常使用的作法是 a(String args)–>b(String args)—c(String args)。可是使用ThreadLocal，能夠用另一種方式解決：

　　　　在某個接口中定義一個ThreadLocal 對象
　　　　方法 a()、b()、c() 所在的類實現該接口
　　　　在方法 a()中，使用 threadLocal.set(String args) 把 args 參數放入 ThreadLocal 中
　　　　方法 b()、c() 能夠在不用傳參數的前提下，在方法體中使用 threadLocal.get() 方法就能夠獲得 args 參數
示例以下：

interface ThreadArgs {
    ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
}

class A implements ThreadArgs {
    public static void a(String args) {
        threadLocal.set(args);
    }
}

class B implements ThreadArgs {
    public static void b() {
        System.out.println(threadLocal.get());
    }
}

class C implements ThreadArgs {
    public static void c() {
        System.out.println(threadLocal.get());
    }
}

public class ThreadLocalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        A.a(「hello」);
        B.b();
        C.c();
    }
}

輸出結果：

hello
hello

關於 InheritableThreadLocal
　　InheritableThreadLocal 類是 ThreadLocal 類的子類。ThreadLocal 中每一個線程擁有它本身的值，與 ThreadLocal 不一樣的是，InheritableThreadLocal 容許一個線程以及該線程建立的全部子線程均可以訪問它保存的值。

 

跟詳細的關於ThreadLocal的分析見這一篇：  ThreadLocal的實現原理 

 

總結：

　　ThreadLocal就是用來在類中聲明的一個標記，而後經過這個標記就根據不一樣Thread對象存取值。

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