想必很多朋友對ThreadLocal並不陌生,今天我們就來一起探討下ThreadLocal的使用方法和實現原理。首先,本文先談一下對ThreadLocal的理解,然後根據ThreadLocal類的源碼分析了其實現原理和使用需要注意的地方,最後給出了兩個應用場景。
以下是本文目錄大綱:
一.對ThreadLocal的理解
二.深入解析ThreadLocal類
三.ThreadLocal的應用場景
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一.對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,其實意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal爲變量在每個線程中都創建了一個副本,那麼每個線程可以訪問自己內部的副本變量。
這句話從字面上看起來很容易理解,但是真正理解並不是那麼容易。
我們還是先來看一個例子:
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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(); } } |
假設有這樣一個數據庫鏈接管理類,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,在多線程中使用會存在線程安全問題:第一,這裏面的2個方法都沒有進行同步,很可能在openConnection方法中會多次創建connect;第二,由於connect是共享變量,那麼必然在調用connect的地方需要使用到同步來保障線程安全,因爲很可能一個線程在使用connect進行數據庫操作,而另外一個線程調用closeConnection關閉鏈接。
所以出於線程安全的考慮,必須將這段代碼的兩個方法進行同步處理,並且在調用connect的地方需要進行同步處理。
這樣將會大大影響程序執行效率,因爲一個線程在使用connect進行數據庫操作的時候,其他線程只有等待。
那麼大家來仔細分析一下這個問題,這地方到底需不需要將connect變量進行共享?事實上,是不需要的。假如每個線程中都有一個connect變量,各個線程之間對connect變量的訪問實際上是沒有依賴關係的,即一個線程不需要關心其他線程是否對這個connect進行了修改的。
到這裏,可能會有朋友想到,既然不需要在線程之間共享這個變量,可以直接這樣處理,在每個需要使用數據庫連接的方法中具體使用時才創建數據庫鏈接,然後在方法調用完畢再釋放這個連接。比如下面這樣:
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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進行操作 connectionManager.closeConnection(); } } |
這樣處理確實也沒有任何問題,由於每次都是在方法內部創建的連接,那麼線程之間自然不存在線程安全問題。但是這樣會有一個致命的影響:導致服務器壓力非常大,並且嚴重影響程序執行性能。由於在方法中需要頻繁地開啓和關閉數據庫連接,這樣不盡嚴重影響程序執行效率,還可能導致服務器壓力巨大。
那麼這種情況下使用ThreadLocal是再適合不過的了,因爲ThreadLocal在每個線程中對該變量會創建一個副本,即每個線程內部都會有一個該變量,且在線程內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,也不會嚴重影響程序執行性能。
但是要注意,雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題,但是由於在每個線程中都創建了副本,所以要考慮它對資源的消耗,比如內存的佔用會比不使用ThreadLocal要大。
二.深入解析ThreadLocal類
在上面談到了對ThreadLocal的一些理解,那我們下面來看一下具體ThreadLocal是如何實現的。
先了解一下ThreadLocal類提供的幾個方法:
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public T
get() { } public void set(T
value) { } public void remove()
{ } protected T
initialValue() { } |
get()方法是用來獲取ThreadLocal在當前線程中保存的變量副本,set()用來設置當前線程中變量的副本,remove()用來移除當前線程中變量的副本,initialValue()是一個protected方法,一般是用來在使用時進行重寫的,它是一個延遲加載方法,下面會詳細說明。
首先我們來看一下ThreadLocal類是如何爲每個線程創建一個變量的副本的。
先看下get方法的實現:
第一句是取得當前線程,然後通過getMap(t)方法獲取到一個map,map的類型爲ThreadLocalMap。然後接着下面獲取到<key,value>鍵值對,注意這裏獲取鍵值對傳進去的是 this,而不是當前線程t。
如果獲取成功,則返回value值。
如果map爲空,則調用setInitialValue方法返回value。
我們上面的每一句來仔細分析:
首先看一下getMap方法中做了什麼:
可能大家沒有想到的是,在getMap中,是調用當期線程t,返回當前線程t中的一個成員變量threadLocals。
那麼我們繼續取Thread類中取看一下成員變量threadLocals是什麼:
實際上就是一個ThreadLocalMap,這個類型是ThreadLocal類的一個內部類,我們繼續取看ThreadLocalMap的實現:
可以看到ThreadLocalMap的Entry繼承了WeakReference,並且使用ThreadLocal作爲鍵值。
然後再繼續看setInitialValue方法的具體實現:
很容易瞭解,就是如果map不爲空,就設置鍵值對,爲空,再創建Map,看一下createMap的實現:
至此,可能大部分朋友已經明白了ThreadLocal是如何爲每個線程創建變量的副本的:
首先,在每個線程Thread內部有一個ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的成員變量threadLocals,這個threadLocals就是用來存儲實際的變量副本的,鍵值爲當前ThreadLocal變量,value爲變量副本(即T類型的變量)。
初始時,在Thread裏面,threadLocals爲空,當通過ThreadLocal變量調用get()方法或者set()方法,就會對Thread類中的threadLocals進行初始化,並且以當前ThreadLocal變量爲鍵值,以ThreadLocal要保存的副本變量爲value,存到threadLocals。
然後在當前線程裏面,如果要使用副本變量,就可以通過get方法在threadLocals裏面查找。
下面通過一個例子來證明通過ThreadLocal能達到在每個線程中創建變量副本的效果:
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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()); } } |
這段代碼的輸出結果爲:
從這段代碼的輸出結果可以看出,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。最後一次在main線程再次打印副本值是爲了證明在main線程中和thread1線程中的副本值確實是不同的。
總結一下:
1)實際的通過ThreadLocal創建的副本是存儲在每個線程自己的threadLocals中的;
2)爲何threadLocals的類型ThreadLocalMap的鍵值爲ThreadLocal對象,因爲每個線程中可有多個threadLocal變量,就像上面代碼中的longLocal和stringLocal;
3)在進行get之前,必須先set,否則會報空指針異常;
如果想在get之前不需要調用set就能正常訪問的話,必須重寫initialValue()方法。
因爲在上面的代碼分析過程中,我們發現如果沒有先set的話,即在map中查找不到對應的存儲,則會通過調用setInitialValue方法返回i,而在setInitialValue方法中,有一個語句是T value = initialValue(), 而默認情況下,initialValue方法返回的是null。
看下面這個例子:
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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,運行時會報空指針異常。
但是如果改成下面這段代碼,即重寫了initialValue方法:
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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而直接調用get了。
三.ThreadLocal的應用場景
最常見的ThreadLocal使用場景爲 用來解決 數據庫連接、Session管理等。
如:
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private static ThreadLocal<Connection>
connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>()
{ public Connection
initialValue() { return DriverManager.getConnection(DB_URL); } }; public static Connection
getConnection() { return connectionHolder.get(); } |
下面這段代碼摘自:
http://www.iteye.com/topic/103804
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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; } |
參考資料:
《深入理解Java虛擬機》
《Java編程思想》
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