ThreadLocal防止併發執行緒安全 執行緒隔離-ThreadLocalMap
Spring使用ThreadLocal解決執行緒安全問題我們知道在一般情況下,只有無狀態的Bean才可以在多執行緒環境下共享,在Spring中,絕大部分Bean都可以宣告為singleton作用域。就是因為Spring對一些Bean(如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等)中非執行緒安全狀態採用ThreadLocal進行處理,讓它們也成為執行緒安全的狀態,因為有狀態的Bean就可以在多執行緒中共享了。
一般的Web應用劃分為展現層、服務層和持久層三個層次,在不同的層中編寫對應的邏輯,下層通過介面向上層開放功能呼叫。在一般情況下,從接收請求到返回響應所經過的所有程式呼叫都同屬於一個執行緒,如圖9‑2所示:
同一執行緒貫通三層這樣你就可以根據需要,將一些非執行緒安全的變數以ThreadLocal存放,在同一次請求響應的呼叫執行緒中,所有關聯的物件引用到的都是同一個變數。
下面的例項能夠體現Spring對有狀態Bean的改造思路:
程式碼清單3 TestDao:非執行緒安全
[java] view plaincopyprint?- package com.test;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.SQLException;
- import java.sql.Statement;
-
publicclass
- private Connection conn;// ①一個非執行緒安全的變數
- publicvoid addTopic() throws SQLException {
- Statement stat = conn.createStatement();// ②引用非執行緒安全變數
- // …
- }
- }
由於①處的conn是成員變數,因為addTopic()方法是非執行緒安全的,必須在使用時建立一個新TopicDao例項(非singleton)。下面使用ThreadLocal對conn這個非執行緒安全的“狀態”進行改造:
程式碼清單4 TestDao:執行緒安全
[java] view plaincopyprint?- package com.test;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.SQLException;
- import java.sql.Statement;
- publicclass TestDaoNew {
- // ①使用ThreadLocal儲存Connection變數
- privatestatic ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();
- publicstatic Connection getConnection() {
- // ②如果connThreadLocal沒有本執行緒對應的Connection建立一個新的Connection,
- // 並將其儲存到執行緒本地變數中。
- if (connThreadLocal.get() == null) {
- Connection conn = getConnection();
- connThreadLocal.set(conn);
- return conn;
- } else {
- return connThreadLocal.get();// ③直接返回執行緒本地變數
- }
- }
- publicvoid addTopic() throws SQLException {
- // ④從ThreadLocal中獲取執行緒對應的Connection
- Statement stat = getConnection().createStatement();
- }
- }
不同的執行緒在使用TopicDao時,先判斷connThreadLocal.get()是否是null,如果是null,則說明當前執行緒還沒有對應的Connection物件,這時建立一個Connection物件並新增到本地執行緒變數中;如果不為null,則說明當前的執行緒已經擁有了Connection物件,直接使用就可以了。這樣,就保證了不同的執行緒使用執行緒相關的Connection,而不會使用其它執行緒的Connection。因此,這個TopicDao就可以做到singleton共享了。
當然,這個例子本身很粗糙,將Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多個方法共享Connection時不發生執行緒安全問題,但無法和其它DAO共用同一個Connection,要做到同一事務多DAO共享同一Connection,必須在一個共同的外部類使用ThreadLocal儲存Connection。
ConnectionManager.java
[java] view plaincopyprint?- package com.test;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.DriverManager;
- import java.sql.SQLException;
- publicclass ConnectionManager {
- privatestatic ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
- @Override
- protected Connection initialValue() {
- Connection conn = null;
- try {
- conn = DriverManager.getConnection(
- "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",
- "password");
- } catch (SQLException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return conn;
- }
- };
- publicstatic Connection getConnection() {
- return connectionHolder.get();
- }
- publicstaticvoid setConnection(Connection conn) {
- connectionHolder.set(conn);
- }
- }
java.lang.ThreadLocal<T>的具體實現
那麼到底ThreadLocal類是如何實現這種“為每個執行緒提供不同的變數拷貝”的呢?先來看一下ThreadLocal的set()方法的原始碼是如何實現的:
- /**
- * 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.
- */
- publicvoid set(T value) {
- Thread t = Thread.currentThread();
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
- if (map != null)
- map.set(this, value);
- else
- createMap(t, value);
- }
在這個方法內部我們看到,首先通過getMap(Thread t)方法獲取一個和當前執行緒相關的ThreadLocalMap,然後將變數的值設定到這個ThreadLocalMap物件中,當然如果獲取到的ThreadLocalMap物件為空,就通過createMap方法建立。
執行緒隔離的祕密,就在於ThreadLocalMap這個類。ThreadLocalMap是ThreadLocal類的一個靜態內部類,它實現了鍵值對的設定和獲取(對比Map物件來理解),每個執行緒中都有一個獨立的ThreadLocalMap副本,它所儲存的值,只能被當前執行緒讀取和修改。ThreadLocal類通過操作每一個執行緒特有的ThreadLocalMap副本,從而實現了變數訪問在不同執行緒中的隔離。因為每個執行緒的變數都是自己特有的,完全不會有併發錯誤。還有一點就是,ThreadLocalMap儲存的鍵值對中的鍵是this物件指向的ThreadLocal物件,而值就是你所設定的物件了。
為了加深理解,我們接著看上面程式碼中出現的getMap和createMap方法的實現:
[java] view plaincopyprint?
- /**
- * 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;
- }
- /**
- * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
- * InheritableThreadLocal.
- *
- * @param t the current thread
- * @param firstValue value for the initial entry of the map
- * @param map the map to store.
- */
- void createMap(Thread t, T firstValue) {
- t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
- }
接下來再看一下ThreadLocal類中的get()方法:
[java] view plaincopyprint?
- /**
- * 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)
- return (T)e.value;
- }
- return setInitialValue();
- }
再來看setInitialValue()方法: [java] view plaincopyprint?
- /**
- * Variant of set() to establish initialValue. Used instead
- * of set() in case user has overridden the set() method.
- *
- * @return the initial value
- */
- private T setInitialValue() {
- T value = initialValue();
- Thread t = Thread.currentThread();
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
-
if (map != null
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