Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

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：


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

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：


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

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：


1

2

3

4

public T get() { }

public void set(T value) { }

public void remove() { }

protected T 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<key,value>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：


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

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());

    }

}

　　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：

　　


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

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：


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

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：


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder

= new ThreadLocal<Connection>() {

public Connection initialValue() {

    return DriverManager.getConnection(DB_URL);

}

};

public static Connection getConnection() {

return connectionHolder.get();

}

　　下面这段代码摘自：

　　http://www.iteye.com/topic/103804


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

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;

}

　　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

时间： 2024-10-25 03:20:57

Java并发编程：深入剖析ThreadLocal的相关文章

7、Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

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

【转载】 Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

原文链接:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920407.html感谢作者的辛苦总结! 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

转:Java并发编程：深入剖析ThreadLocal

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

Java 并发：深入理解 ThreadLocal

摘要: ThreadLocal 又名线程局部变量,是 Java 中一种较为特殊的线程绑定机制,用于保证变量在不同线程间的隔离性,以方便每个线程处理自己的状态.进一步地,本文以ThreadLocal类的源码为切入点,深入分析了ThreadLocal类的作用原理,并给出应用场景和一般使用步骤. 一. 对 ThreadLocal 的理解 1). ThreadLocal 概述 ThreadLocal 又名 线程局部变量,是 Java 中一种较为特殊的 线程绑定机制,可以为每一个使用该变量的线程都提供一个

【Java 并发】详解 ThreadLocal

前言 ThreadLocal 主要用来提供线程局部变量,也就是变量只对当前线程可见,本文主要记录一下对于 ThreadLocal 的理解.更多关于 Java 多线程的文章可以转到 这里. 线程局部变量 在多线程环境下,之所以会有并发问题,就是因为不同的线程会同时访问同一个共享变量,例如下面的形式 public class MultiThreadDemo {    public static class Number {        private int value = 0;        p

Java并发编程、多线程、线程池…

Java多线程干货系列(1):Java多线程基础http://www.importnew.com/21136.html#comment-651146 40个Java多线程问题总结http://www.importnew.com/18459.html#comment-651217 Java线程面试题 Top 50http://www.importnew.com/12773.html Java并发编程:Thread类的使用http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/39

6、Java并发编程：volatile关键字解析

Java并发编程:volatile关键字解析 volatile这个关键字可能很多朋友都听说过,或许也都用过.在Java 5之前,它是一个备受争议的关键字,因为在程序中使用它往往会导致出人意料的结果.在Java 5之后,volatile关键字才得以重获生机. volatile关键字虽然从字面上理解起来比较简单,但是要用好不是一件容易的事情.由于volatile关键字是与Java的内存模型有关的,因此在讲述volatile关键之前,我们先来了解一下与内存模型相关的概念和知识,然后分析了volatil

Java并发编程笔记 并发概览

并发概览 >>同步 如何同步多个线程对共享资源的访问是多线程编程中最基本的问题之一.当多个线程并发访问共享数据时会出现数据处于计算中间状态或者不一致的问题,从而影响到程序的正确运行.我们通常把这种情况叫做竞争条件(race condition),把并发访问共享数据的代码叫做关键区域(critical section).同步就是使得多个线程顺序进入关键区域从而避免竞争条件的发生. >>线程安全性 编写线程安全的代码的核心是要对状态访问操作进行管理,尤其是对共享的和可变的状态访问. 线

Java并发编程总结3——AQS、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock

本文内容主要总结自<Java并发编程的艺术>第5章——Java中的锁. 一.AQS AbstractQueuedSynchronizer(简称AQS),队列同步器,是用来构建锁或者其他同步组建的基础框架.该类主要包括: 1.模式,分为共享和独占. 2.volatile int state,用来表示锁的状态. 3.FIFO双向队列,用来维护等待获取锁的线程. AQS部分代码及说明如下: public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extend