深入剖析ThreadLocal

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Java并发编程:深入剖析ThreadLocal   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:

classConnectionManager {
privatestaticConnection connect = null;
publicstaticConnection openConnection() {
if(connect == null){
connect = DriverManager.getConnection();
}
returnconnect;
}
publicstaticvoidcloseConnection() {
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:

classConnectionManager {
privateConnection connect = null;
publicConnection openConnection() {
if(connect == null){
connect = DriverManager.getConnection();
}
returnconnect;
}
publicvoidcloseConnection() {
if(connect!=null)
connect.close();
}
}
classDao{
publicvoidinsert() {
ConnectionManager connectionManager = newConnectionManager();
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:

publicT get() { }
publicvoidset(T value) { }
publicvoidremove() { }
protectedT 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:

publicclassTest {
ThreadLocal longLocal = newThreadLocal();
ThreadLocal stringLocal = newThreadLocal();
publicvoidset() {
longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
}
publiclonggetLong() {
returnlongLocal.get();
}
publicString getString() {
returnstringLocal.get();
}
publicstaticvoidmain(String[] args) throwsInterruptedException {
finalTest test = newTest();
test.set();
System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
Thread thread1 = newThread(){
publicvoidrun() {
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。   看下面这个例子:

publicclassTest {
ThreadLocal longLocal = newThreadLocal();
ThreadLocal stringLocal = newThreadLocal();
publicvoidset() {
longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
}
publiclonggetLong() {
returnlongLocal.get();
}
publicString getString() {
returnstringLocal.get();
}
publicstaticvoidmain(String[] args) throwsInterruptedException {
finalTest test = newTest();
System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
Thread thread1 = newThread(){
publicvoidrun() {
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:

publicclassTest {
ThreadLocal longLocal = newThreadLocal(){
protectedLong initialValue() {
returnThread.currentThread().getId();
};
};
ThreadLocal stringLocal = newThreadLocal(){;
protectedString initialValue() {
returnThread.currentThread().getName();
};
};
publicvoidset() {
longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
}
publiclonggetLong() {
returnlongLocal.get();
}
publicString getString() {
returnstringLocal.get();
}
publicstaticvoidmain(String[] args) throwsInterruptedException {
finalTest test = newTest();
test.set();
System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
Thread thread1 = newThread(){
publicvoidrun() {
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:

privatestaticThreadLocal connectionHolder
= newThreadLocal() {
publicConnection initialValue() {
returnDriverManager.getConnection(DB_URL);
}
};
publicstaticConnection getConnection() {
returnconnectionHolder.get();
}

  下面这段代码摘自: http://www.iteye.com/topic/103804

privatestaticfinalThreadLocal threadSession = newThreadLocal();
publicstaticSession getSession() throwsInfrastructureException {
Session s = (Session) threadSession.get();
try{
if(s == null) {
s = getSessionFactory().openSession();
threadSession.set(s);
}
} catch(HibernateException ex) {
thrownewInfrastructureException(ex);
}
returns;
}

  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

  1. SAn

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