併發_05_ThreadLocal

一、ThreadLocal(線程變量副本)介紹

Synchronized實現內存共享，ThreadLocal爲每個線程維護一個本地變量。
採用空間換時間，它用於線程間的數據隔離，爲每一個使用該變量的線程提供一個副本，每個線程都可以獨立地改變自己的副本，而不會和其他線程的副本衝突。
ThreadLocal類中維護一個Map，用於存儲每一個線程的變量副本，Map中元素的鍵爲線程對象，而值爲對應線程的變量副本。
ThreadLocal在Spring中發揮着巨大的作用，在管理Request作用域中的Bean、事務管理、任務調度、AOP等模塊都出現了它的身影。
Spring中絕大部分Bean都可以聲明成Singleton作用域，採用ThreadLocal進行封裝，因此有狀態的Bean就能夠以singleton的方式在多線程中正常工作了。

ThreadLocal從另一個角度來解決多線程的併發訪問。
ThreadLocal會爲每一個線程提供一個獨立的變量副本，從而隔離了多個線程對數據的訪問衝突。因爲每一個線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對該變量進行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的共享對象，在編寫多線程代碼時，可以把不安全的變量封裝進ThreadLocal。
ThreadLocal是解決線程安全問題一個很好的思路
它通過爲每個線程提供一個獨立的變量副本解決了變量併發訪問的衝突問題。在很多情況下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機制解決線程安全問題更簡單，更方便，且結果程序擁有更高的併發

二、ThreadLocal 實現原理

用於在同一個線程的上下文中傳遞數據，保證併發安全。
底層是一個 ThreadLocalMap，是 Thread 對象的一個實例字段，以 ThreadLocal 對象爲鍵，存放的數據爲值。鍵使用的是弱引用。

ThreadLocal的實現是這樣的：每個Thread 維護一個 ThreadLocalMap 映射表，這個映射表的 key 是 ThreadLocal實例本身，value 是真正需要存儲的 Object。

也就是說 ThreadLocal 本身並不存儲值，它只是作爲一個 key 來讓線程從 ThreadLocalMap 獲取 value。值得注意的是圖中的虛線，表示 ThreadLocalMap 是使用 ThreadLocal 的弱引用作爲 Key 的，弱引用的對象在 GC 時會被回收。

三、ThreadLocal爲什麼會內存泄漏

ThreadLocalMap使用ThreadLocal的弱引用作爲key，如果一個ThreadLocal沒有外部強引用來引用它，那麼系統 GC 的時候，這個ThreadLocal勢必會被回收，這樣一來，ThreadLocalMap中就會出現key爲null的Entry，就沒有辦法訪問這些key爲null的Entry的value，如果當前線程再遲遲不結束的話，這些key爲null的Entry的value就會一直存在一條強引用鏈：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value永遠無法回收，造成內存泄漏。

其實，ThreadLocalMap的設計中已經考慮到這種情況，也加上了一些防護措施：在ThreadLocal的get(),set(),remove()的時候都會清除線程ThreadLocalMap裏所有key爲null的value。

但是這些被動的預防措施並不能保證不會內存泄漏：

使用static的ThreadLocal，延長了ThreadLocal的生命週期，可能導致的內存泄漏（參考ThreadLocal 內存泄露的實例分析）。
分配使用了ThreadLocal又不再調用get(),set(),remove()方法，那麼就會導致內存泄漏。

3.1 爲什麼使用弱引用

從表面上看內存泄漏的根源在於使用了弱引用。網上的文章大多着重分析ThreadLocal使用了弱引用會導致內存泄漏，但是另一個問題也同樣值得思考：爲什麼使用弱引用而不是強引用？

我們先來看看官方文檔的說法：

To help deal with very large and long-lived usages, the hash table entries use WeakReferences for keys.
爲了應對非常大和長時間的用途，哈希表使用弱引用的 key。

3.2 下面我們分兩種情況討論：

key 使用強引用：引用的ThreadLocal的對象被回收了，但是ThreadLocalMap還持有ThreadLocal的強引用，如果沒有手動刪除，ThreadLocal不會被回收，導致Entry內存泄漏。
key 使用弱引用：引用的ThreadLocal的對象被回收了，由於ThreadLocalMap持有ThreadLocal的弱引用，即使沒有手動刪除，ThreadLocal也會被回收。value在下一次ThreadLocalMap調用set,get，remove的時候會被清除。
比較兩種情況，我們可以發現：由於ThreadLocalMap的生命週期跟Thread一樣長，如果都沒有手動刪除對應key，都會導致內存泄漏，但是使用弱引用可以多一層保障：弱引用ThreadLocal不會內存泄漏，對應的value在下一次ThreadLocalMap調用set,get,remove的時候會被清除。

因此，ThreadLocal內存泄漏的根源是：由於ThreadLocalMap的生命週期跟Thread一樣長，如果沒有手動刪除對應key就會導致內存泄漏，而不是因爲弱引用。

四、ThreadLocal 最佳實踐

綜合上面的分析，我們可以理解ThreadLocal內存泄漏的前因後果，那麼怎麼避免內存泄漏呢？

每次使用完ThreadLocal，都調用它的remove()方法，清除數據。
在使用線程池的情況下，沒有及時清理ThreadLocal，不僅是內存泄漏的問題，更嚴重的是可能導致業務邏輯出現問題。所以，使用ThreadLocal就跟加鎖完要解鎖一樣，用完就清理。

序列號生成器-保證每個線程得到的序列號都是自增的，而不能相互干擾

4.1 多線程實現序列號生成器(相互干擾，未成功實現)

序列接口
每次調用 getNumber() 方法可獲取一個序列號，下次再調用時，序列號會自增。

public interface Sequence {  
    int getNumber();  
}

線程類
在線程中連續輸出三次線程名與其對應的序列號。

public class ClientThread extends Thread {  
    private Sequence sequence;  

    public ClientThread(Sequence sequence) {  
        this.sequence = sequence;  
    }  

    @Override  
    public void run() {  
        for (int i = 0; i < 3; i++) {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " => "  
                    + sequence.getNumber());  
        }  
    }  
}

我們先不用 ThreadLocal，來做一個實現類吧。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Sequence sequence = new SequenceA();

        ClientThread thread1 = new ClientThread(sequence);
        ClientThread thread2 = new ClientThread(sequence);
        ClientThread thread3 = new ClientThread(sequence);

        thread1.start();
        /**獲取控制權*/
        thread1.join();
        thread2.start();
        thread2.join();
        thread3.start();
    }

輸出結果

輸出結果:

Thread-0 => 1
Thread-0 => 2
Thread-0 => 3
Thread-1 => 4
Thread-1 => 5
Thread-1 => 6
Thread-2 => 7
Thread-2 => 8
Thread-2 => 9

由於線程啓動順序是隨機
所以並不是0、1、2這樣的順序，這個好理解。爲什麼當 Thread-0 輸出了1、2、3之後，而 Thread-2 卻輸出了4、5、6呢？線程之間竟然共享了 static 變量！這就是所謂的“非線程安全”問題了。
那麼如何來保證“線程安全”呢
對應於這個案例，就是說不同的線程可擁有自己的 static 變量，如何實現呢？下面看看另外一個實現吧。

4.2 threadlocal實現序列號生成器

public class SequenceB implements Sequence {  

    private static ThreadLocal<Integer> numberContainer = new ThreadLocal<Integer>() {  
        @Override  
        protected Integer initialValue() {  
            return 0;  
        }  
    };  

    public int getNumber() {  
        numberContainer.set(numberContainer.get() + 1);  
        return numberContainer.get();  
    }  

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        Sequence sequence = new SequenceB();  

        ClientThread thread1 = new ClientThread(sequence);  
        ClientThread thread2 = new ClientThread(sequence);  
        ClientThread thread3 = new ClientThread(sequence);  

        thread1.start();  
        thread1.join();  
        thread2.start();  
        thread2.join();  
        thread3.start();  
    }  
}

通過 ThreadLocal 封裝了一個 Integer 類型的 numberContainer 靜態成員變量，並且初始值是0。再看 getNumber() 方法，首先從 numberContainer 中 get 出當前的值，加1，隨後 set 到 numberContainer 中，最後將 numberContainer 中 get 出當前的值並返回。
是不是很噁心？但是很強大！確實稍微饒了一下，我們不妨把 ThreadLocal 看成是一個容器，這樣理解就簡單了。所以，這裏故意用 Container 這個單詞作爲後綴來命名 ThreadLocal 變量。運行結果如何呢？看看吧。
運行結果:

Thread-0 => 1
Thread-0 => 2
Thread-0 => 3
Thread-1 => 1
Thread-1 => 2
Thread-1 => 3
Thread-2 => 1
Thread-2 => 2
Thread-2 => 3

每個線程相互獨立了，同樣是 static 變量，對於不同的線程而言，它沒有被共享，而是每個線程各一份，這樣也就保證了線程安全。也就是說，TheadLocal 爲每一個線程提供了一個獨立的副本！
搞清楚 ThreadLocal 的原理之後，有必要總結一下 ThreadLocal 的 API，其實很簡單。
- public void set(T value)：將值放入線程局部變量中
- public T get()：從線程局部變量中獲取值
- public void remove()：從線程局部變量中移除值（有助於 JVM 垃圾回收）
- protected T initialValue()：返回線程局部變量中的初始值（默認爲 null）
爲什麼 initialValue() 方法是 protected 的呢？就是爲了提醒程序員們，這個方法是要你們來實現的，請給這個線程局部變量一個初始值吧。

五、ThreadLocal實現讀寫分離

5.1 xml配置

   <bean id="dataSource" class="com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource"
        init-method="init" destroy-method="close" primary="true">
    ...
    </bean>

    <bean id="dataSourceBak" class="com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource"
        init-method="init" destroy-method="close" >
        ...     
    </bean>

    <bean id="multipleDataSource" class="com.doordu.soa.service.web.dao.MultipleDataSource">
        <property name="defaultTargetDataSource" ref="dataSource"/>
        <property name="targetDataSources">
            <map>
                <entry key="dataSource" value-ref="dataSource"/>
                <entry key="dataSourceBak" value-ref="dataSourceBak"/>
            </map>
        </property>
    </bean>   

    <!-- (事務管理)transaction manager, use JtaTransactionManager for global tx -->
    <bean id="transactionManager"
        class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
        <property name="dataSource" ref="multipleDataSource" />
    </bean>

5.2 多數據庫管理類

public class MultipleDataSource extends AbstractRoutingDataSource {
    private static final ThreadLocal<String> dataSourceKey = new InheritableThreadLocal<String>();

    public static void setDataSourceKey(String dataSource) {
        dataSourceKey.set(dataSource);
    }

    @Override
    protected Object determineCurrentLookupKey() {
        return dataSourceKey.get();
    }

}

5.3 數據庫切換切面

@Component
@Aspect
public class MultipleDataSourceAspectAdvice {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(MultipleDataSourceAspectAdvice.class);

    @Pointcut(value = "execution(public * com.doordu.soa.service.house.service..*(..))")
    public void houseService() {
    }

    @Around(value = "houseService()")
    public Object doValid(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
        if (joinPoint.getTarget() instanceof CityCodeServiceImpl) {
            MultipleDataSource.setDataSourceKey("dataSourceBak");
        }else if(joinPoint.getTarget() instanceof DistrictCodeServiceImpl){
            MultipleDataSource.setDataSourceKey("dataSourceBak");
        }else if(joinPoint.getTarget() instanceof ProvinceCodeServiceImpl){
            MultipleDataSource.setDataSourceKey("dataSourceBak");
        }else if(joinPoint.getTarget() instanceof UtEstateServiceImpl){
            MultipleDataSource.setDataSourceKey("dataSourceBak");
        }
        else{
            MultipleDataSource.setDataSourceKey("dataSource");
        }
        return joinPoint.proceed();
    }
}

有恆則成

發佈了105 篇原創文章 · 獲贊 63 · 訪問量 160萬+

他的留言板關注

併發_05_ThreadLocal

一、ThreadLocal(線程變量副本)介紹

二、ThreadLocal 實現原理

三、ThreadLocal爲什麼會內存泄漏

3.1 爲什麼使用弱引用

3.2 下面我們分兩種情況討論：

四、ThreadLocal 最佳實踐

4.1 多線程實現序列號生成器(相互干擾，未成功實現)

4.2 threadlocal實現序列號生成器

五、ThreadLocal實現讀寫分離

5.1 xml配置

5.2 多數據庫管理類

5.3 數據庫切換切面

Mysql拆分、切分

併發_05_ThreadLocal

分佈式-接口冪等性設計

併發_04_Java中的線程池

分佈式-SOA服務化接口設計

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結