Java线程和多线程(七)——ThreadLocal
2016-09-24 18:16
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Java中的ThreadLocal是用来创建线程本地变量用的。我们都知道,访问某个对象的所有线程都是能够共享对象的状态的,所以这个对象状态就不是线程安全的。开发者可以通过使用同步来保证线程安全,但是如果不希望使用同步的话,我们也可以使用
ThreadLocal实例可以配置为静态私有变量来关联线程的状态。
上面程序的输出结果类似下面的结果:
从代码中我们可以看到,10个线程都共享同一个对象,引用的是同一个
get和set方法中都有一个核心的概念,就是
上面的代码是
同时,这也解释了我们为什么ThreadLocal的变量定义为了
ThreadLocal变量。
Java ThreadLocal
其实每个线程都有自己的ThreadLocal变量,并且这个变量可以通过
get()和
set()方法来获取默认值,或者修改其值。
ThreadLocal实例可以配置为静态私有变量来关联线程的状态。
Java ThreadLocal举例
下面的例子展示了在Java程序中如何使用ThreadLocal,也同时证实了,线程中都保留一份ThreadLocal的拷贝的。
package com.sapphire.threads; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Random; public class ThreadLocalExample implements Runnable{ // SimpleDateFormat is not thread-safe, so give one to each thread // SimpleDateFormat is not thread-safe, so give one to each thread private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter = new ThreadLocal<SimpleDateFormat>(){ @Override protected SimpleDateFormat initialValue() { return new SimpleDateFormat("yyyyMMdd HHmm"); } }; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadLocalExample obj = new ThreadLocalExample(); for(int i=0 ; i<10; i++){ Thread t = new Thread(obj, ""+i); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); t.start(); } } @Override public void run() { System.out.println("Thread Name= "+Thread.currentThread().getName()+" default Formatter = "+formatter.get().toPattern()); try { Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } formatter.set(new SimpleDateFormat()); System.out.println("Thread Name= "+Thread.currentThread().getName()+" formatter = "+formatter.get().toPattern()); } }
上面程序的输出结果类似下面的结果:
Thread Name= 0 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 1 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 0 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 2 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 1 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 3 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 4 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 4 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 5 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 2 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 3 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 6 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 5 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 6 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 7 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 8 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 8 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 7 formatter = M/d/yy h:mm a Thread Name= 9 default Formatter = yyyyMMdd HHmm Thread Name= 9 formatter = M/d/yy h:mm a
从代码中我们可以看到,10个线程都共享同一个对象,引用的是同一个
ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatter,看上面的代码,当线程0执行了
formatter.set(new SimpleDateFormat())的时候,显然,读取的线程2的formatter仍然是默认的formatter,说明修改公共的formatter其实并没有生效,从每个线程单独来看,也没有破坏线程的安全性。
ThreadLocal原理
到了这里,很多人会奇怪,ThreadLocal的实现方式,下面我们来看下
ThreadLocal的实现方案,首先看下这个其set和get方法的实现方案:
/** * Returns the value in the current thread's copy of this * thread-local variable. If the variable has no value for the * current thread, it is first initialized to the value returned * by an invocation of the {@link #initialValue} method. * * @return the current thread's value of this thread-local */ public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) { @SuppressWarnings("unchecked") T result = (T)e.value; return result; } } return setInitialValue(); } /** * Sets the current thread's copy of this thread-local variable * to the specified value. Most subclasses will have no need to * override this method, relying solely on the {@link #initialValue} * method to set the values of thread-locals. * * @param value the value to be stored in the current thread's copy of * this thread-local. */ public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); }
get和set方法中都有一个核心的概念,就是
ThreadLocalMap其实,这个Map是根据线程绑定的,参考如下代码:
/** * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in * InheritableThreadLocal. * * @param t the current thread * @return the map */ ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; }
上面的代码是
ThreadLocal中的
getMap(Thread t)方法,这个方法来返回绑定到线程上的线程本地变量。线程的内部其实都会维护
ThreadLocalMap的。通过前面的set和get方法,那么我们就知道
ThreadLocal的实现方案了。
ThreadLocalMap本质上,是一个HashMap,从线程到类型T的一个映射。这也就解释了,为什么我们将ThreadLocal定义为
static final仍然不会影响线程的安全,因为我们之前代码中访问到的formatter其实都已经扔到了ThreadLocalMap里面,这样,每次调用get,其实会通过
Thread.currentThread()找到对应的
ThreadLocalMap,进而找到对应的formmater副本,调用set方法改变的都是ThreadLocalMap里面的值,自然就不会影响到我们在
ThreadLocalExample之中的formatter变量,自然也就不存在线程安全问题。
同时,这也解释了我们为什么ThreadLocal的变量定义为了
static final的,因为就算定义为非static的,仍然是没有任何意义的,只会增加额外的内存而已,因为我们本质上修改的不是
ThreadLocalExample中的实例,而是
ThreadLocalMap中的副本,所以定义为
static final正合适。
ThreadLocal本质上其实是将一些变量副本写入Thread当中的,所以内存占用会更大,开发者可以根据自己的需求考虑是通过同步或者
ThreadLocal的方式来实现线程安全操作。
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