Java并发编程:线程封闭和ThreadLocal详解

什么是线程封闭

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当访问共享变量时,往往需要加锁来保证数据同步。一种避免使用同步的方式就是不共享数据。如果仅在单线程中访问数据,就不需要同步了。这种技术称为线程封闭。在Java语言中,提供了一些类库和机制来维护线程的封闭性,例如局部变量和ThreadLocal类,本文主要深入讲解如何使用ThreadLocal类来保证线程封闭。

理解ThreadLocal类

ThreadLocal类能使线程中的某个值与保存值的对象关联起来,它提供了get、set方法,这些方法为每个使用该变量的线程保存一份独立的副本,因此get总是set当前线程的set最新值。

首先我们来看个例子,这个例子来自于http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html

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public class Test1 {

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 Test1 test = new Test1();


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


Thread thread1 = new Thread(() -> {
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());
}
}

运行该程序,代码输出的结果为:

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main

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Thread-0

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main

从这段代码可以看出在mian线程和thread1线程确实都保存着各自的副本,它们的副本各自不干扰。

ThreadLocal源码解析

来从源码的角度来解析ThreadLocal这个类,这个类存放在java.lang包,这个类有很多方法。

image.png

它内部又个ThreadLocalMap类,主要有set()、get()、setInitialValue 等方法。

首先来看下set方法,获取当前Thread的 map,如果不存在则新建一个并设置值,如果存在设置值,源码如下:

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public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}

跟踪createMap,可以发现它根据Thread创建来一个ThreadLocalMap。

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void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

t.threadLocals为当前线程的一个变量,也就是ThreadLocal的数据都是存放在当前线程的threadLocals变量里面的,由此可见用ThreadLocal存放的数据是线程安全的。因为它对于不同的线程来,使用ThreadLocal的set方法都会根据线程判断该线程是否存在它的threadLocals成员变量,如果没有就建一个,有的话就存下数据。

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ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

ThreadLocalMap为ThreadLocal的一个内部类,源码如下:

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static class ThreadLocalMap {

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;

Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}

可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference,并且使用ThreadLocal作为键值。

在使用ThreadLocal的get方法之前一定要先set,要不然会报空指针异常。还有一种方式就是在初始化的时候调用initialValue()方法赋值。改造下之前的例子,代码如下:

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public class Test2 {

ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>(){

@Override
protected Long initialValue() {
return Thread.currentThread().getId();
}
};
ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>(){
@Override
protected String initialValue() {
return Thread.currentThread().getName();
}
};

public long getLong() {
return longLocal.get();
}

public String getString() {
return stringLocal.get();
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final Test2 test = new Test2();



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


Thread thread1 = new Thread(() -> {

System.out.println(test.getLong());
System.out.println(test.getString());
});
thread1.start();
thread1.join();

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

运行该程序,代码输出的结果为:

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Thread-0

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main

ThreadLocal常用的使用场景

通常讲JDBC连接保存在ThreadLocal对象中,每个对象都有属于自己的连接,代码如下:

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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();
}

参考资料

《Java并发编程实战》

《深入理解JVM》

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