Java併發程式設計:深入剖析ThreadLocal
前陣子在專案中剛處理過一個生產問題,問題現象是兩次請求我們系統的服務,第二次請求能取到第一次請求報文的部分內容,並且出現這種情況時,處理交易的兩個執行緒號是相同的。最終跟蹤程式碼,發現了使用執行緒池時,使用了ThreadLocal物件,在每次請求過來時,ThreadLocal沒有重新初始化。也就是每個處理執行緒都有一個全域性物件。
今天又有同事來問ThreadLocal怎麼理解,然後和同事一起理解了一次,相信還有很多同學對著個比較模糊。所以分享下這批好文章。
今天我們就來一起探討下ThreadLocal的使用方法和實現原理。首先,本文先談一下對ThreadLocal的理解,然後根據ThreadLocal類的原始碼分析了其實現原理和使用需要注意的地方,最後給出了兩個應用場景。
以下是本文目錄大綱:
一.對ThreadLocal的理解
二.深入解析ThreadLocal類
三.ThreadLocal的應用場景
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一.對ThreadLocal的理解
ThreadLocal,很多地方叫做執行緒本地變數,也有些地方叫做執行緒本地儲存,其實意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal為變數在每個執行緒中都建立了一個副本,那麼每個執行緒可以訪問自己內部的副本變數。
這句話從字面上看起來很容易理解,但是真正理解並不是那麼容易。
我們還是先來看一個例子:
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(); }
}
假設有這樣一個數據庫連結管理類,這段程式碼在單執行緒中使用是沒有任何問題的,但是如果在多執行緒中使用呢?很顯然,在多執行緒中使用會存線上程安全問題:第一,這裡面的2個方法都沒有進行同步,很可能在openConnection方法中會多次建立connect;第二,由於connect是共享變數,那麼必然在呼叫connect的地方需要使用到同步來保障執行緒安全,因為很可能一個執行緒在使用connect進行資料庫操作,而另外一個執行緒呼叫closeConnection關閉連結。
所以出於執行緒安全的考慮,必須將這段程式碼的兩個方法進行同步處理,並且在呼叫connect的地方需要進行同步處理。
這樣將會大大影響程式執行效率,因為一個執行緒在使用connect進行資料庫操作的時候,其他執行緒只有等待。
那麼大家來仔細分析一下這個問題,這地方到底需不需要將connect變數進行共享?事實上,是不需要的。假如每個執行緒中都有一個connect變數,各個執行緒之間對connect變數的訪問實際上是沒有依賴關係的,即一個執行緒不需要關心其他執行緒是否對這個connect進行了修改的。
到這裡,可能會有朋友想到,既然不需要線上程之間共享這個變數,可以直接這樣處理,在每個需要使用資料庫連線的方法中具體使用時才建立資料庫連結,然後在方法呼叫完畢再釋放這個連線。比如下面這樣:
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進行操作
connectionManager.closeConnection();
}
}
這樣處理確實也沒有任何問題,由於每次都是在方法內部建立的連線,那麼執行緒之間自然不存線上程安全問題。但是這樣會有一個致命的影響:導致伺服器壓力非常大,並且嚴重影響程式執行效能。由於在方法中需要頻繁地開啟和關閉資料庫連線,這樣不盡嚴重影響程式執行效率,還可能導致伺服器壓力巨大。
那麼這種情況下使用ThreadLocal是再適合不過的了,因為ThreadLocal在每個執行緒中對該變數會建立一個副本,即每個執行緒內部都會有一個該變數,且線上程內部任何地方都可以使用,執行緒之間互不影響,這樣一來就不存線上程安全問題,也不會嚴重影響程式執行效能。
但是要注意,雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題,但是由於在每個執行緒中都建立了副本,所以要考慮它對資源的消耗,比如記憶體的佔用會比不使用ThreadLocal要大。
二.深入解析ThreadLocal類
在上面談到了對ThreadLocal的一些理解,那我們下面來看一下具體ThreadLocal是如何實現的。
先了解一下ThreadLocal類提供的幾個方法:
public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { }
get()方法是用來獲取ThreadLocal在當前執行緒中儲存的變數副本,set()用來設定當前執行緒中變數的副本,remove()用來移除當前執行緒中變數的副本,initialValue()是一個protected方法,一般是用來在使用時進行重寫的,它是一個延遲載入方法,下面會詳細說明。
首先我們來看一下ThreadLocal類是如何為每個執行緒建立一個變數的副本的。
先看下get方法的實現:
第一句是取得當前執行緒,然後通過getMap(t)方法獲取到一個map,map的型別為ThreadLocalMap。然後接著下面獲取到