文档章节

Java并发编程:深入剖析ThreadLocal

海子_枫子
 海子_枫子
发布于 2015/07/04 08:46
字数 2509
阅读 575
收藏 59

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:

   http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html

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:

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:

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:

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。

  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:

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:

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:

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:

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:

  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:

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:

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:

 

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。

 

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:

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()); 
     
 } 
}

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:

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

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; 
}

参考资料:

  《深入理解Java虚拟机》

  《Java编程思想》

  http://ifeve.com/thread-management-10/

  http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-threads/index3.html

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

  http://www.iteye.com/topic/777716

  http://www.iteye.com/topic/757478

  http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/15732053

  http://ispring.iteye.com/blog/162982

  http://blog.csdn.net/imzoer/article/details/8262101

  http://www.blogjava.net/wumi9527/archive/2010/09/10/331654.html

  http://bbs.csdn.net/topics/380049261



本文转载自:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html

海子_枫子
粉丝 4
博文 40
码字总数 3371
作品 0
南京
程序员
私信 提问
Java 书籍 Top 10

陈皓 http:// blog.csdn.net/haoel 下面是Java Inside上推荐的十本Java书籍(文章来源),我把中文版的也列了出来。 1)Java Language Specification, Third Edition (by James Gosling) 本书...

JavaGG
2009/09/21
12.7K
20
Android--面试中遇到的问题总结(三)

《Android 开发工程师面试指南 LearningNotes 》,作者是陶程,由梁观全贡献部分。大家可以去知乎关注这两位用心的少年。这份指南包含了大部分Android开发的基础、进阶知识,不仅可以帮助准备...

sealin
2017/02/22
0
0
java 7 入门书籍

一、Java从入门到精通 《Java从入门到精通(第3版)》从初学者角度出发,通过通俗易懂的语言、丰富多彩的实例,详细介绍了使用Java语言进行程序开发需要掌握的知识。 《Java从入门到精通(第3版...

modernizr
2014/05/15
7.6K
9
高手问答第 217 期 —— 如何进阶 Java 并发编程?

OSCHINA 本期高手问答(2018 年 11 月 14 日 — 11 月 20 日)我们请来了@技术原始积累 翟陆续(加多)为大家解答关于 Java 并发编程方面的问题。 翟陆续(加多),资深 Java 开发工程师,著有...

局长
2018/11/13
14.6K
47
「原创」Java并发编程系列01 开篇获奖感言

  全网都是复制粘贴的文章,师长这里一直坚持输出原创   点击上方“java进阶架构师”,选择右上角“置顶公众号   不要错过每一天的原创!      为什么要学并发编程   我曾听一个...

java进阶架构师
09/28
0
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

75、GridFS

GridFS是MongoDB提供的用于持久化存储文件的模块,CMS使用Mongo DB存储数据,使用FGridFS可以快速集成开发。 工作原理: 在GridFS存储文件是将文件分块存储,文件会按照256KB的大小分割成多个...

lianbang_W
57分钟前
4
0
js bind 绑定this指向

本文转载于:专业的前端网站➱js bind 绑定this指向 1、示例代码 <!DOCTYPE html><html lang="zh"> <head> <meta charset="UTF-8" /> <title>bind函数绑定this指向......

前端老手
今天
4
0
CentOS Linux 7上将ISO映像文件写成可启动U盘

如今,电脑基本上都支持U盘启动,所以,可以将ISO文件写到U盘上,用来启动并安装操作系统。 我想将一个CentOS Linux 7的ISO映像文件写到U盘上,在CentOS Linux 7操作系统上,执行如下命令: ...

大别阿郎
今天
4
0
深入vue-公司分享ppt

组件注册 全局注册 注册组件,传入一个扩展过的构造器 Vue.component('my-component', Vue.extend({/*...*/})) 注册组件,传入一个选项对象(自动调用Vue.extend) Vue.component('my-comp...

莫西摩西
今天
4
0
gitlab重置管理员密码

登录gitlab服务器 [root@localhost bin]# sudo gitlab-rails console productionLoading production environment (Rails 5.2.3)irb(main):001:0> u = User.where(email: 'admin@example.co......

King华仔o0
今天
3
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

返回顶部
顶部