Java多线程之ThreadLocal原理源码分析

标签: ThreadLocal  ThreadLocalMap  threadLocals  数据库连接  session管理

什么是ThreadLocal?

ThreadLocal 是线程的局部变量, 是每一个线程所单独持有的,其他线程不能对其进行访问, 通常是类中的 private static 字段,是对该字段初始值的一个拷贝,它们希望将状态与某一个线程(例如,用户 ID 或事务 ID)相关联

我们知道有时候一个对象的变量会被多个线程所访问,这时就会有线程安全问题,当然我们可以使用synchorinized 关键字来为此变量加锁,进行同步处理,从而限制只能有一个线程来使用此变量,但是加锁会大大影响程序执行效率,此外我们还可以使用ThreadLocal来解决对某一个变量的访问冲突问题。

当使用ThreadLocal维护变量的时候 为每一个使用该变量的线程提供一个独立的变量副本,即每个线程内部都会有一个该变量,这样同时多个线程访问该变量并不会彼此相互影响,因此他们使用的都是自己从内存中拷贝过来的变量的副本, 这样就不存在线程安全问题,也不会影响程序的执行性能。

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

 

一、ThreadLocal 方法使用详解

ThreadLocal 的几个方法: ThreadLocal 可以存储任何类型的变量对象, get返回的是一个Object对象,但是我们可以通过泛型来制定存储对象的类型。

public T get() { } // 用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本
public void set(T value) { } //set()用来设置当前线程中变量的副本
public void remove() { } //remove()用来移除当前线程中变量的副本
protected T initialValue() { } //initialValue()是一个protected方法,一般是用来在使用时进行重写的

 

Thread 在内部是通过ThreadLocalMap来维护ThreadLocal变量表, 在Thread类中有一个threadLocals 变量,是ThreadLocalMap类型的,它就是为每一个线程来存储自身的ThreadLocal变量的, ThreadLocalMap是ThreadLocal类的一个内部类,这个Map里面的最小的存储单位是一个Entry, 它使用ThreadLocal作为key, 变量作为 value,这是因为在每一个线程里面,可能存在着多个ThreadLocal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

ThreadLocal是如何为每一个线程创建一个变量副本的,下面举一个例子来看一看。例子来源于 博客http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html

public class ThreadLocalTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();

        test.set();
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
        // 在这里新建了一个线程
        Thread thread1 = new Thread() {
            public void run() {
                test.set(); // 当这里调用了set方法,进一步调用了ThreadLocal的set方法是,会将ThreadLocal变量存储到该线程的ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals中,注意的是这个threadLocals变量是Thread线程的一个变量,而不是ThreadLocal类的变量。
                System.out.println(test.getLong());
                System.out.println(test.getString());
            };
        };
        thread1.start();
        thread1.join();

        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
    }

    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();
    }

}

代码的输出结果: 

main 

Thread-0 

main

 

二、原理

线程共享变量缓存如下:

ThreadLocal$ThreadLocalMap<ThreadLocalObject>;

1、Thread: 当前线程,可以通过Thread.currentThread()获取。

2、ThreadLocal:我们的static ThreadLocal变量。

3、Object: 当前线程共享变量。

我们调用ThreadLocal.get方法时,实际上是从当前线程中获取ThreadLocalMap<ThreadLocalObject>,然后根据当前ThreadLocal获取当前线程共享变量Object。

ThreadLocal.set,ThreadLocal.remove实际上是同样的道理。

 

这种存储结构的好处:

1、线程死去的时候,线程共享变量ThreadLocalMap则销毁。

2、ThreadLocalMap<ThreadLocal,Object>键值对数量为ThreadLocal的数量,一般来说ThreadLocal数量很少,相比在ThreadLocal中用Map<Thread, Object>键值对存储线程共享变量(Thread数量一般来说比ThreadLocal数量多),性能提高很多。

 

关于ThreadLocalMap<ThreadLocalObject>弱引用问题:

当线程没有结束,但是ThreadLocal已经被回收,则可能导致线程中存在ThreadLocalMap<nullObject>的键值对,造成内存泄露。(ThreadLocal被回收,ThreadLocal关联的线程共享变量还存在)。

虽然ThreadLocal的get,set方法可以清除ThreadLocalMap中key为null的value,但是get,set方法在内存泄露后并不会必然调用,所以为了防止此类情况的出现,我们有两种手段。

1、使用完线程共享变量后,显示调用ThreadLocalMap.remove方法清除线程共享变量;

2、JDK建议ThreadLocal定义为private static,这样ThreadLocal的弱引用问题则不存在了。

 

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。

数据库连接:

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

    public static Connection getConnection() {
           return connectionHolder.get();
    }
}

Session管理

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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