ThreadLocal设计模式
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乒乓狂魔 发表于3年前
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ThreadLocal设计模式使用的也很频繁,会经常在各大框架找到它们的踪影,如struts2以及最近正在看的SpringAOP等。

ThreadLocal设计模式也有很多误解,我的理解是
(1)ThreadLocal所操作的数据是线程间不共享的。它不是用来解决多个线程竞争同一资源的多线程问题。
(2)ThreadLocal所操作的数据主要用于线程内共享数据,可以避免同一线程内函数间的传参数问题。
ThreadLocal更像是一个操作线程数据的工具类,哪个线程调用它,它就操作哪个线程的数据。

案例如下:
案例一:ThreadLocal所操作的数据是线程间不共享的,是线程间互不干扰的

package com.lg.design.threadlocal;

public class ThreadLocalTest {

	public static void main(String[] args){
		test1();
	}
	private static void test1(){
		Thread t1=new Thread(){

			@Override
			public void run() {
				System.out.println(this.getName()+"开始值:"+ThreadUtil.getName());
				ThreadUtil.setName("线程0");
				sleepTime(1000*10);
				System.out.println(this.getName()+"设定后:"+ThreadUtil.getName());
			}
			
		};
		Thread t2=new Thread(){

			@Override
			public void run() {
				sleepTime(1000*5);
				System.out.println(this.getName()+"开始值:"+ThreadUtil.getName());
				ThreadUtil.setName("线程1");
				System.out.println(this.getName()+"设定后:"+ThreadUtil.getName());
			}
			
		};
		t1.start();
		t2.start();
	}
	
	private static void sleepTime(long millis){
		try {
			Thread.sleep(millis);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

}

其中ThreadUtil就是用ThreadLocal来实现的,ThreadLocal完全可以这样理解,它就是操作线程数据的工具类,哪个线程调用它的get或set方法,它就会操作调用它的线程中的数据,待会给出源码说明。如下:
public class ThreadUtil {

	private static ThreadLocal<String> nameLocal=new ThreadLocal<String>();
	
	public static String getName(){
		return nameLocal.get();
	}
	
	public static void setName(String name){
		nameLocal.set(name);
	}
}

运行结果为:
Thread-0开始值:null
Thread-1开始值:null
Thread-1设定后:线程1
Thread-0设定后:线程0

分析过程如下:
(1)暂时可以理解为每个线程都有一个map集合,用于存放数据。首先是t1线程调用ThreadUtil.getName(),ThreadUtil.getName()即nameLocal.get()会去调用它的线程的map集合中取数据,即会从t1线程中的map集合中取数据,key为nameLocal对象。由于之前未存数据所以返回为null。
(2)紧接着t1调用ThreadUtil.setName("线程0")即nameLocal.set(name)。此时调用nameLocal.set(name)方法的线程是t1,所以nameLocal仍然是将数据存进t1的map集合中,key为nameLocal对象,然后t1睡眠10s。
(3)t2刚开始睡眠5s,然后调用ThreadUtil.getName()即nameLocal.get(),nameLocal会去调用它的线程的map集合中取数据,即从t2线程的map集合中取数据,由于之前未存,所以仍然为null。
(4)t2开始调用ThreadUtil.setName("线程1")即nameLocal.setName("线程1");,nameLocal仍然将这个值设置到调用它的线程的map集合中,即会将这个数据放到t2线程的map集合中,key为nameLocal对象。
(5)然后是t2线程调用ThreadUtil.getName(),即nameLocal会从t2线程的map集合中取数据,key为nameLocal对象,然后就取到了步骤4所设置的"线程1"。
(6)然后是t1线程调用ThreadUtil.getName(),即nameLocal会从t1线程的map集合中取数据,key为nameLocal对象,然后就取到了步骤2所设置的"线程0"。
上面一直在强调ThreadLocal对象一直是在操作调用它的线程的map数据,谁调用ThreadLocal对象的get或set方法,ThreadLocal对象就会去操作调用它的线程的map数据。这个概念一定要根深蒂固。

从上面的过程中,可以看到,ThreadLocal对象所操作的数据是线程所独有的数据,虽然两个线程使用的是同一个ThreadLocal对象,但ThreadLocal对象所操作的数据是线程间根本不共享的,互不干扰的。所以ThreadLocal模式就不是用于多个线程竞争同一资源的情况。

案例二:
ThreadLocal的作用:用于实现线程内共享数据,注意是线程内共享数据,不是线程间共享数据。

public class ThreadLocalTest {

	public static void main(String[] args){
		test2();
	}
	
	private static void test2(){
		Thread t1=new Thread(){

			@Override
			public void run() {
				fun1();
				fun2();
			}

			private void fun2() {
				System.out.println("在函数2中获取到当前线程的name数据为:"+ThreadUtil.getName());
			}

			private void fun1() {
				ThreadUtil.setName("my own name");
				System.out.println("函数1设置当前线程的name数据为:my own name");
			}
			
		};
		t1.start();
	}
}

运行结果为:
函数1设置当前线程的name数据为:my own name
在函数2中获取到当前线程的name数据为:my own name

分析如下:
(1)fun1()和fun2()都在t1线程内执行,在fun1中调用ThreadUtil.setName("my own name"),则是向调用它的t1线程的map集合中存放数据,key为nameLocal。
(2)fun2函数调用ThreadUtil.getName(),则是从调用它的t1线程的map集合中获取数据,key为nameLocal,所以就可以取到fun1中设置的数据

综上所述,通过ThreadLocal对象,把线程内要共享的数据存进该线程的map集合中,方便随时获取,实现共享。不然的话,要想实现数据的共享,则需要fun1将数据作为参数传给fun2,这个例子太简单,然而实际情况是某个线程中几十个函数嵌套调用,如果不将线程内共享数据放进该线程的map集合中,而是将共享数据作为参数传递来传递去,将会一片混乱,杂乱无章,有些函数需要这些参数,有些函数不需要。采用ThreadLocal模式,将数据放进线程的map集合中,想要获取时随时可以通过ThreadLocal对象来获取,方便快捷。

这就是ThreadLocal模式。下面源码来说明,ThreadLocal对象操作的是调用它的线程。
这就需要看下它的get和set方法:

public T get() {
      //重点1
        Thread t = Thread.currentThread();
     //重点2
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            //重点3
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
      //重点4
        return setInitialValue();
    }

(1)首先就是获取当前调用ThreadLocal对象的线程。如t1线程调用ThreadLocal对象的get方法,此时的Thread t就是t1.
(2)Thread类拥有这样一个属性 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
getMap(t)就是获取t线程的threadLocals,如下:

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

当线程中的ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals不为空,则以this即当前的ThreadLocal对象作为key来获取对应的value。
当线程中的ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals为空时,则会初始化:

private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

通过initialValue()来获取初始值,默认是null,这个过程也很清晰明了。就是判断当前线程中ThreadLocalMap是否为空,若为空则创建一个,同时将初始值设置进ThreadLocalMap集合中,key就是ThreadLocal对象本身。其中的initialValue()如下:
protected T initialValue() {
        return null;
    }

即我们可以重写该方法来设置一个初始值。

ThreadLocal的set方法:

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

也很清晰明了,就是获取当期线程的ThreadLocalMap,然后向其中存放数据,key为ThreadLocal对象本身。

这就是ThreadLocal设计模式。
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乒乓狂魔
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