ThreadLocal就是这么简单

前言

今天要研究的是ThreadLocal,这个我在一年前学习JavaWeb基础的时候接触过一次,当时在baidu搜出来的第一篇博文ThreadLocal,在评论下很多开发者认为那博主理解错误,给出了很多有关的链接来指正(可原博主可能没上博客了,一直没做修改)。我也去学习了一番,可惜的是当时还没有记录的习惯,直到现在仅仅记住了一些当时学过的皮毛。

因此,做一些技术的记录是很重要的~同时,ThreadLocal也是面试非常常见的面试题,对Java开发者而言也是一个必要掌握的知识点~

当然了,如果我有写错的地方请大家多多包涵,欢迎在评论下留言指正~

一、什么是ThreadLocal

声明:本文使用的是JDK 1.8

首先我们来看一下JDK的文档介绍:

/**
 * This class provides thread-local variables.  These variables differ from
 * their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its
 * {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized
 * copy of the variable.  {@code ThreadLocal} instances are typically private
 * static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g.,
 * a user ID or Transaction ID).
 * 
 * <p>For example, the class below generates unique identifiers local to each
 * thread.
 * A thread's id is assigned the first time it invokes {@code ThreadId.get()}
 * and remains unchanged on subsequent calls.
 */      

结合我的总结可以这样理解:ThreadLocal提供了线程的局部变量,每个线程都可以通过set()get()来对这个局部变量进行操作,但不会和其他线程的局部变量进行冲突,实现了线程的数据隔离~。

简要言之:往ThreadLocal中填充的变量属于当前线程,该变量对其他线程而言是隔离的。

二、为什么要学习ThreadLocal?

从上面可以得出:ThreadLocal可以让我们拥有当前线程的变量,那这个作用有什么用呢???

2.1管理Connection

最典型的是管理数据库的Connection:当时在学JDBC的时候,为了方便操作写了一个简单数据库连接池,需要数据库连接池的理由也很简单,频繁创建和关闭Connection是一件非常耗费资源的操作,因此需要创建数据库连接池~

那么,数据库连接池的连接怎么管理呢??我们交由ThreadLocal来进行管理。为什么交给它来管理呢??ThreadLocal能够实现当前线程的操作都是用同一个Connection,保证了事务!

当时候写的代码:

public class DBUtil {
    //数据库连接池
    private static BasicDataSource source;

    //为不同的线程管理连接
    private static ThreadLocal<Connection> local;


    static {
        try {
            //加载配置文件
            Properties properties = new Properties();

            //获取读取流
            InputStream stream = DBUtil.class.getClassLoader().getResourceAsStream("连接池/config.properties");

            //从配置文件中读取数据
            properties.load(stream);

            //关闭流
            stream.close();

            //初始化连接池
            source = new BasicDataSource();

            //设置驱动
            source.setDriverClassName(properties.getProperty("driver"));

            //设置url
            source.setUrl(properties.getProperty("url"));

            //设置用户名
            source.setUsername(properties.getProperty("user"));

            //设置密码
            source.setPassword(properties.getProperty("pwd"));

            //设置初始连接数量
            source.setInitialSize(Integer.parseInt(properties.getProperty("initsize")));

            //设置最大的连接数量
            source.setMaxActive(Integer.parseInt(properties.getProperty("maxactive")));

            //设置最长的等待时间
            source.setMaxWait(Integer.parseInt(properties.getProperty("maxwait")));

            //设置最小空闲数
            source.setMinIdle(Integer.parseInt(properties.getProperty("minidle")));

            //初始化线程本地
            local = new ThreadLocal<>();


        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        //获取Connection对象
        Connection connection = source.getConnection();

        //把Connection放进ThreadLocal里面
        local.set(connection);

        //返回Connection对象
        return connection;
    }

    //关闭数据库连接
    public static void closeConnection() {
        //从线程中拿到Connection对象
        Connection connection = local.get();

        try {
            if (connection != null) {
                //恢复连接为自动提交
                connection.setAutoCommit(true);

                //这里不是真的把连接关了,只是将该连接归还给连接池
                connection.close();

                //既然连接已经归还给连接池了,ThreadLocal保存的Connction对象也已经没用了
                local.remove();

            }
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


}

同样的,Hibernate对Connection的管理也是采用了相同的手法(使用ThreadLocal,当然了Hibernate的实现是更强大的)~

2.2避免一些参数传递

避免一些参数的传递的理解可以参考一下Cookie和Session:

  • 每当我访问一个页面的时候,浏览器都会帮我们从硬盘中找到对应的Cookie发送过去。
  • 浏览器是十分聪明的,不会发送别的网站的Cookie过去,只带当前网站发布过来的Cookie过去

浏览器就相当于我们的ThreadLocal,它仅仅会发送我们当前浏览器存在的Cookie(ThreadLocal的局部变量),不同的浏览器对Cookie是隔离的(Chrome,Opera,IE的Cookie是隔离的【在Chrome登陆了,在IE你也得重新登陆】),同样地:线程之间ThreadLocal变量也是隔离的….

那上面避免了参数的传递了吗??其实是避免了。Cookie并不是我们手动传递过去的,并不需要写<input name= cookie/>来进行传递参数…

在编写程序中也是一样的:日常中我们要去办理业务可能会有很多地方用到身份证,各类证件,每次我们都要掏出来很麻烦

    // 咨询时要用身份证,学生证,房产证等等....
    public void consult(IdCard idCard,StudentCard studentCard,HourseCard hourseCard){

    }

    // 办理时还要用身份证,学生证,房产证等等....
    public void manage(IdCard idCard,StudentCard studentCard,HourseCard hourseCard) {

    }

    //......

而如果用了ThreadLocal的话,ThreadLocal就相当于一个机构,ThreadLocal机构做了记录你有那么多张证件。用到的时候就不用自己掏了,问机构拿就可以了。

在咨询时的时候就告诉机构:来,把我的身份证、房产证、学生证通通给他。在办理时又告诉机构:来,把我的身份证、房产证、学生证通通给他。…

    // 咨询时要用身份证,学生证,房产证等等....
    public void consult(){

        threadLocal.get();
    }

    // 办理时还要用身份证,学生证,房产证等等....
    public void takePlane() {
        threadLocal.get();
    }

这样是不是比自己掏方便多了。

当然了,ThreadLocal可能还会有其他更好的作用,如果知道的同学可在评论留言哦~~~

三、ThreadLocal实现的原理

想要更好地去理解ThreadLocal,那就得翻翻它是怎么实现的了~~~

声明:本文使用的是JDK 1.8

首先,我们来看一下ThreadLocal的set()方法,因为我们一般使用都是new完对象,就往里边set对象了

    public void set(T value) {

        // 得到当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();

        // 这里获取ThreadLocalMap
        ThreadLocalMap map = getMap(t);

        // 如果map存在,则将当前线程对象t作为key,要存储的对象作为value存到map里面去
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

上面有个ThreadLocalMap,我们去看看这是什么?

static class ThreadLocalMap {

        /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
        //....很长
}

通过上面我们可以发现的是ThreadLocalMap是ThreadLocal的一个内部类。用Entry类来进行存储

我们的值都是存储到这个Map上的,key是当前ThreadLocal对象

如果该Map不存在,则初始化一个:

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

如果该Map存在,则从Thread中获取

    /**
     * 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;
    }

Thread维护了ThreadLocalMap变量

    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null

从上面又可以看出,ThreadLocalMap是在ThreadLocal中使用内部类来编写的,但对象的引用是在Thread中

于是我们可以总结出:Thread为每个线程维护了ThreadLocalMap这么一个Map,而ThreadLocalMap的key是LocalThread对象本身,value则是要存储的对象

有了上面的基础,我们看get()方法就一点都不难理解了:

    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();
    }

3.1ThreadLocal原理总结

  1. 每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用
  2. ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类,用Entry来进行存储
  3. 调用ThreadLocal的set()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap设置值,key是ThreadLocal对象,值是传递进来的对象
  4. 调用ThreadLocal的get()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap获取值,key是ThreadLocal对象
  5. ThreadLocal本身并不存储值,它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value

正因为这个原理,所以ThreadLocal能够实现“数据隔离”,获取当前线程的局部变量值,不受其他线程影响~

四、避免内存泄露

我们来看一下ThreadLocal的对象关系引用图:

ThreadLocal内存泄漏的根源是:由于ThreadLocalMap的生命周期跟Thread一样长,如果没有手动删除对应key就会导致内存泄漏,而不是因为弱引用

想要避免内存泄露就要手动remove()掉

五、总结

ThreadLocal这方面的博文真的是数不胜数,随便一搜就很多很多~站在前人的肩膀上总结了这篇博文~

最后要记住的是:ThreadLocal设计的目的就是为了能够在当前线程中有属于自己的变量,并不是为了解决并发或者共享变量的问题

如果看得不够过瘾,觉得不够深入的同学可参考下面的链接,很多的博主还开展了一些扩展知识,我就不一一展开了~

原文发布于微信公众号 - Java3y(java3y)

原文发表时间:2018-04-03

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