浅析 Java ThreadLocal
2016-02-03 11:00
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1.概念
synchronized这类线程同步的机制可以解决多线程并发问题,在这种解决方案下,多个线程访问到的,都是同一份变量的内容。为了防止在多线程访问的过程中,可能会出现的并发错误。不得不对多个线程的访问进行同步,这样也就意味着,多个线程必须先后对变量的值进行访问或者修改,这是一种以延长访问时间来换取线程安全性的策略。而ThreadLocal类为每一个线程都维护了自己独有的变量拷贝。每个线程都拥有了自己独立的一个变量,竞争条件被彻底消除了,那就没有任何必要对这些线程进行同步,它们也能最大限度的由CPU调度,并发执行。并且由于每个线程在访问该变量时,读取和修改的,都是自己独有的那一份变量拷贝,变量被彻底封闭在每个访问的线程中,并发错误出现的可能也完全消除了。对比前一种方案,这是一种以空间来换取线程安全性的策略。
2.举例分析
public class ThreadLocalTest { //创建一个Integer型的线程本地变量 public static final ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>() { @Override protected Integer initialValue() { return 0; } }; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread[] threads = new Thread[5]; for (int j = 0; j < 5; j++) { threads[j] = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { //获取当前线程的本地变量,然后累加5次 int num = local.get(); for (int i = 0; i < 5; i++) { num++; } //重新设置累加后的本地变量 local.set(num); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + local.get()); } }, "Thread-" + j); } for (Thread thread : threads) { thread.start(); } } } 运行结果: Thread-0 : 5 Thread-3 : 5 Thread-2 : 5 Thread-1 : 5 Thread-4 : 5
我们看到,每个线程累加后的结果都是5,各个线程处理自己的本地变量值,线程之间互不影响。
3.深入源码
到底ThreadLocal类是如何实现这种“为每个线程提供不同的变量拷贝”的呢?先来看一下ThreadLocal的set()方法的源码是如何实现的:public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); } public T get() { //获取当前执行线程 Thread t = Thread.currentThread(); //取得当前线程的ThreadLocalMap实例 ThreadLocalMap map = getMap(t); //如果map不为空,说明该线程已经有了一个ThreadLocalMap实例 if (map != null) { //map中保存线程的所有的线程本地变量,我们要去查找当前线程本地变量 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); //如果当前线程本地变量存在这个map中,则返回其对应的值 if (e != null) return (T)e.value; } //如果map不存在或者map中不存在当前线程本地变量,返回初始值 return setInitialValue(); } private T setInitialValue() { //获取初始化值,initialValue 就是我们之前覆盖的方法 T value = initialValue(); Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); //如果map不为空,将初始化值放入到当前线程的ThreadLocalMap对象中 if (map != null) map.set(this, value); else //当前线程第一次使用本地线程变量,需要对map进行初始化工作 createMap(t, value); //返回初始化值 return value; }
void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }
ThreadLocal有一个内部类ThreadLocalMap,这个类的实现占了整个ThreadLocal类源码的一多半。这个ThreadLocalMap的作用非常关键,它就是线程真正保存线程自己本地变量的容器。每一个线程都有自己的单独的一个ThreadLocalMap实例,其所有的本地变量都会保存到这一个map中。首先通过getMap(Thread t)方法获取一个和当前线程相关的ThreadLocalMap,然后将变量的值设置到这个ThreadLocalMap对象中,当然如果获取到的ThreadLocalMap对象为空,就通过createMap方法创建。
//直接返回线程对象的threadLocals属性 ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }
Thread对象都有一个ThreadLocalMap类型的属性threadLocals,这个属性是专门用于保存自己所有的线程本地变量的。这个属性在线程对象初始化的时候为null。所以对一个线程对象第一次使用线程本地变量的时候,需要对这个threadLocals属性进行初始化操作。
4.总结
线程隔离的秘密,就在于ThreadLocalMap这个类。ThreadLocalMap是ThreadLocal类的一个静态内部类,它实现了键值对的设置和获取(对比Map对象来理解),每个线程中都有一个独立的ThreadLocalMap副本,它所存储的值,只能被当前线程读取和修改。ThreadLocal类通过操作每一个线程特有的ThreadLocalMap副本,从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的,完全不会有并发错误。还有一点就是,ThreadLocalMap存储的键值对中的键是this对象指向的ThreadLocal对象,而值就是你所设置的对象了。相关文章推荐
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