ThreadLocal深入剖析

JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal,ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序,ThreadLocal并不是一个Thread,而是Thread的局部变量。

线程局部变量高效地为每个使用它的线程提供单独的线程局部变量值的副本。每个线程只能看到与自己相联系的值,而不知道别的线程可能正在使用或修改它们自己的副本。

该类提供了线程局部 (thread-local)变量。这些变量不同于它们的普通对应物,因为访问某个变量(通过其 get 或 set 方法)的每个线程都有自己的局部变量,它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段,它们希望将状态与某一个线程(例如,用户ID 或事务 ID)相关联。

每个线程都保持对其线程局部变量副本的隐式引用,只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的;在线程消失之后,其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收(除非存在对这些副本的其他引用)。

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?其实实现的思路很简单:在ThreadLocal类中定义了一个ThreadLocalMap,每一个Thread中都有一个该类型的变量——threadLocals——用于存储每一个线程的变量副本,Map中元素的键为线程对象,而值对应线程的变量副本。

ThreadLocal类的四个方法如下:

T get()

返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。如果变量没有用于当前线程的值,则先将其初始化为调用 initialValue() 方法返回的值。

protected T initialValue()

返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。这个方法是一个延迟调用方法,线程第一次使用 get() 方法访问变量时将调用此方法,但如果线程之前调用了 set(T) 方法,则不会对该线程再调用 initialValue 方法。通常,此方法对每个线程最多调用一次,但如果在调用 get() 后又调用了 remove(),则可能再次调用此方法。该实现返回 null;如果程序员希望线程局部变量具有 null以外的值,则必须为 ThreadLocal 创建子类,并重写此方法。通常将使用匿名内部类完成此操作。

void remove()

移除此线程局部变量当前线程的值。如果此线程局部变量随后被当前线程读取,且这期间当前线程没有设置其值,则将调用其 initialValue() 方法重新初始化其值。这将导致在当前线程多次调用 initialValue 方法。

void set(Tvalue)

将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。大部分子类不需要重写此方法,它们只依靠 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。

先看下get方法的实现:

public T get() {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e =map.getEntry(this);if (e != null)return (T)e.value;}return setInitialValue();}

第一行代码获取当前线程。

第二行代码利用getMap()方法获取当前线程对应的ThreadLocalMap。

getMap()方法的代码如下:

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}可见,getMap()方法返回的是Thread类中一个叫“threadLocals”的字段。查看Thread类的源码,可以发现,每个Thread实例都有一个ThreadLocalMap类型的成员变量: ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals =null;ThreadLocalMap实际上是ThreadLocal类中的一个静态内部类:static class ThreadLocalMap {static class Entry extendsWeakReference<ThreadLocal> {Object value;Entry(ThreadLocal k, Object v) {super(k);value = v;}}ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference,并且使用ThreadLocal作为键值。正因如此,第四行代码:

ThreadLocalMap.Entrye = map.getEntry(this);

获取Entry时传入的参数是this,即当前的ThreadLocal实例,而非第一行代码获取的当前线程t。

如果得到的Entry不为空,直接返回,如果为空,则调用setInitialValue()方法:

private T setInitialValue() {Tvalue = initialValue();Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);return value;}如果当前线程的threadLocals不为空,将初始化值放入threadLocals,如果为空,则新建一个ThreadLocalMap,赋值给当前线程的threadLocals。 void createMap(Thread t, T firstValue) {t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);}看到到这里可能有点乱,从头理一下思路。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里面的threadLocals为null,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。

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。

set()用来设置当前线程中变量的副本:

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

与get()类似,也是先获取当前线程的ThreadLocalMap,然后以当前ThreadLocal、指定value为键值对的Entry存入该ThreadLocalMap(如果ThreadLocalMap为空,则需要先创建再存入)。

initialValue()是一个protected方法,默认直接返回null,一般需要重写的,用以设置初始值。

protected T initialValue() {return null;}

remove()用来移除当前线程中变量的副本,实现起来很简单,直接删除以当前ThreadLocal为键值的Entry:

public void remove() {ThreadLocalMap m =getMap(Thread.currentThread());if (m != null)m.remove(this);}下面通过代码来体会ThreadLocal的魅力:就会犯错误,就会有无数次让自己跌倒的机会出现,

ThreadLocal深入剖析

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