Java ThreadLocal詳解_動(dòng)力節(jié)點(diǎn)Java學(xué)院整理

更新時(shí)間：2017年06月15日 14:55:22 作者：海子

ThreadLocal，很多地方叫做線程本地變量，也有些地方叫做線程本地存儲(chǔ)，本文會(huì)詳細(xì)的介紹一下，有興趣的可以了解一下

一.對(duì)ThreadLocal的理解

ThreadLocal，很多地方叫做線程本地變量，也有些地方叫做線程本地存儲(chǔ)，其實(shí)意思差不多?？赡芎芏嗯笥讯贾繲hreadLocal為變量在每個(gè)線程中都創(chuàng)建了一個(gè)副本，那么每個(gè)線程可以訪問自己內(nèi)部的副本變量。

這句話從字面上看起來很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

我們還是先來看一個(gè)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();
  }
}

假設(shè)有這樣一個(gè)數(shù)據(jù)庫鏈接管理類，這段代碼在單線程中使用是沒有任何問題的，但是如果在多線程中使用呢？很顯然，在多線程中使用會(huì)存在線程安全問題：

第一，這里面的2個(gè)方法都沒有進(jìn)行同步，很可能在openConnection方法中會(huì)多次創(chuàng)建connect；

第二，由于connect是共享變量，那么必然在調(diào)用connect的地方需要使用到同步來保障線程安全，因?yàn)楹芸赡芤粋€(gè)線程在使用connect進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，而另外一個(gè)線程調(diào)用closeConnection關(guān)閉鏈接。

所以出于線程安全的考慮，必須將這段代碼的兩個(gè)方法進(jìn)行同步處理，并且在調(diào)用connect的地方需要進(jìn)行同步處理。

這樣將會(huì)大大影響程序執(zhí)行效率，因?yàn)橐粋€(gè)線程在使用connect進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作的時(shí)候，其他線程只有等待。

那么大家來仔細(xì)分析一下這個(gè)問題，這地方到底需不需要將connect變量進(jìn)行共享？事實(shí)上，是不需要的。假如每個(gè)線程中都有一個(gè)connect變量，各個(gè)線程之間對(duì)connect變量的訪問實(shí)際上是沒有依賴關(guān)系的，即一個(gè)線程不需要關(guān)心其他線程是否對(duì)這個(gè)connect進(jìn)行了修改的。

到這里，可能會(huì)有朋友想到，既然不需要在線程之間共享這個(gè)變量，可以直接這樣處理，在每個(gè)需要使用數(shù)據(jù)庫連接的方法中具體使用時(shí)才創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫鏈接，然后在方法調(diào)用完畢再釋放這個(gè)連接。比如下面這樣：

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進(jìn)行操作
     
    connectionManager.closeConnection();
  }
}

這樣處理確實(shí)也沒有任何問題，由于每次都是在方法內(nèi)部創(chuàng)建的連接，那么線程之間自然不存在線程安全問題。但是這樣會(huì)有一個(gè)致命的影響：導(dǎo)致服務(wù)器壓力非常大，并且嚴(yán)重影響程序執(zhí)行性能。由于在方法中需要頻繁地開啟和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接，這樣不盡嚴(yán)重影響程序執(zhí)行效率，還可能導(dǎo)致服務(wù)器壓力巨大。

那么這種情況下使用ThreadLocal是再適合不過的了，因?yàn)門hreadLocal在每個(gè)線程中對(duì)該變量會(huì)創(chuàng)建一個(gè)副本，即每個(gè)線程內(nèi)部都會(huì)有一個(gè)該變量，且在線程內(nèi)部任何地方都可以使用，線程之間互不影響，這樣一來就不存在線程安全問題，也不會(huì)嚴(yán)重影響程序執(zhí)行性能。

但是要注意，雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題，但是由于在每個(gè)線程中都創(chuàng)建了副本，所以要考慮它對(duì)資源的消耗，比如內(nèi)存的占用會(huì)比不使用ThreadLocal要大。

二.深入解析ThreadLocal類

在上面談到了對(duì)ThreadLocal的一些理解，那我們下面來看一下具體ThreadLocal是如何實(shí)現(xiàn)的。

先了解一下ThreadLocal類提供的幾個(gè)方法：

public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { }

get()方法是用來獲取ThreadLocal在當(dāng)前線程中保存的變量副本，set()用來設(shè)置當(dāng)前線程中變量的副本，remove()用來移除當(dāng)前線程中變量的副本，initialValue()是一個(gè)protected方法，一般是用來在使用時(shí)進(jìn)行重寫的，它是一個(gè)延遲加載方法，下面會(huì)詳細(xì)說明。

首先我們來看一下ThreadLocal類是如何為每個(gè)線程創(chuàng)建一個(gè)變量的副本的。

先看下get方法的實(shí)現(xiàn)：

第一句是取得當(dāng)前線程，然后通過getMap(t)方法獲取到一個(gè)map，map的類型為ThreadLocalMap。然后接著下面獲取到<key,value>鍵值對(duì)，注意這里獲取鍵值對(duì)傳進(jìn)去的是 this，而不是當(dāng)前線程t。

如果獲取成功，則返回value值。

如果map為空，則調(diào)用setInitialValue方法返回value。

我們上面的每一句來仔細(xì)分析：

首先看一下getMap方法中做了什么：

可能大家沒有想到的是，在getMap中，是調(diào)用當(dāng)期線程t，返回當(dāng)前線程t中的一個(gè)成員變量threadLocals。

那么我們繼續(xù)取Thread類中取看一下成員變量threadLocals是什么：

實(shí)際上就是一個(gè)ThreadLocalMap，這個(gè)類型是ThreadLocal類的一個(gè)內(nèi)部類，我們繼續(xù)取看ThreadLocalMap的實(shí)現(xiàn)：

可以看到ThreadLocalMap的Entry繼承了WeakReference，并且使用ThreadLocal作為鍵值。

然后再繼續(xù)看setInitialValue方法的具體實(shí)現(xiàn)：

很容易了解，就是如果map不為空，就設(shè)置鍵值對(duì)，為空，再創(chuàng)建Map，看一下createMap的實(shí)現(xiàn)：

至此，可能大部分朋友已經(jīng)明白了ThreadLocal是如何為每個(gè)線程創(chuàng)建變量的副本的：

首先，在每個(gè)線程Thread內(nèi)部有一個(gè)ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的成員變量threadLocals，這個(gè)threadLocals就是用來存儲(chǔ)實(shí)際的變量副本的，鍵值為當(dāng)前ThreadLocal變量，value為變量副本（即T類型的變量）。

初始時(shí)，在Thread里面，threadLocals為空，當(dāng)通過ThreadLocal變量調(diào)用get()方法或者set()方法，就會(huì)對(duì)Thread類中的threadLocals進(jìn)行初始化，并且以當(dāng)前ThreadLocal變量為鍵值，以ThreadLocal要保存的副本變量為value，存到threadLocals。

然后在當(dāng)前線程里面，如果要使用副本變量，就可以通過get方法在threadLocals里面查找。

下面通過一個(gè)例子來證明通過ThreadLocal能達(dá)到在每個(gè)線程中創(chuàng)建變量副本的效果：

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());
  }
}

這段代碼的輸出結(jié)果為：

從這段代碼的輸出結(jié)果可以看出，在main線程中和thread1線程中，longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一樣。最后一次在main線程再次打印副本值是為了證明在main線程中和thread1線程中的副本值確實(shí)是不同的。

總結(jié)一下：
　　1）實(shí)際的通過ThreadLocal創(chuàng)建的副本是存儲(chǔ)在每個(gè)線程自己的threadLocals中的；

　　2）為何threadLocals的類型ThreadLocalMap的鍵值為ThreadLocal對(duì)象，因?yàn)槊總€(gè)線程中可有多個(gè)threadLocal變量，就像上面代碼中的longLocal和stringLocal；

　　3）在進(jìn)行g(shù)et之前，必須先set，否則會(huì)報(bào)空指針異常；

如果想在get之前不需要調(diào)用set就能正常訪問的話，必須重寫initialValue()方法。

因?yàn)樵谏厦娴拇a分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)如果沒有先set的話，即在map中查找不到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)，則會(huì)通過調(diào)用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中，有一個(gè)語句是T value = initialValue()，而默認(rèn)情況下，initialValue方法返回的是null。

看下面這個(gè)例子：

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線程中，沒有先set，直接get的話，運(yùn)行時(shí)會(huì)報(bào)空指針異常。

但是如果改成下面這段代碼，即重寫了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());
  }
}

就可以直接不用先set而直接調(diào)用get了。

三.ThreadLocal的應(yīng)用場(chǎng)景

最常見的ThreadLocal使用場(chǎng)景為用來解決數(shù)據(jù)庫連接、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();
}

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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