Java ThreadLocal详解_动力节点Java学院整理

一.对ThreadLocal的理解

ThreadLocal,很多地方叫做线程本地变量,也有些地方叫做线程本地存储,其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本,那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

这句话从字面上看起来很容易理解,但是真正理解并不是那么容易。

我们还是先来看一个例子:

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();
  }
}

假设有这样一个数据库链接管理类,这段代码在单线程中使用是没有任何问题的,但是如果在多线程中使用呢?很显然,在多线程中使用会存在线程安全问题:

第一,这里面的2个方法都没有进行同步,很可能在openConnection方法中会多次创建connect;

第二,由于connect是共享变量,那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全,因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作,而另外一个线程调用closeConnection关闭链接。

所以出于线程安全的考虑,必须将这段代码的两个方法进行同步处理,并且在调用connect的地方需要进行同步处理。

这样将会大大影响程序执行效率,因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候,其他线程只有等待。

那么大家来仔细分析一下这个问题,这地方到底需不需要将connect变量进行共享?事实上,是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量,各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的,即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。

到这里,可能会有朋友想到,既然不需要在线程之间共享这个变量,可以直接这样处理,在每个需要使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库链接,然后在方法调用完毕再释放这个连接。比如下面这样:

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进行操作

    connectionManager.closeConnection();
  }
}

这样处理确实也没有任何问题,由于每次都是在方法内部创建的连接,那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响:导致服务器压力非常大,并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接,这样不尽严重影响程序执行效率,还可能导致服务器压力巨大。

那么这种情况下使用ThreadLocal是再适合不过的了,因为ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本,即每个线程内部都会有一个该变量,且在线程内部任何地方都可以使用,线程之间互不影响,这样一来就不存在线程安全问题,也不会严重影响程序执行性能。

但是要注意,虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题,但是由于在每个线程中都创建了副本,所以要考虑它对资源的消耗,比如内存的占用会比不使用ThreadLocal要大。

二.深入解析ThreadLocal类

在上面谈到了对ThreadLocal的一些理解,那我们下面来看一下具体ThreadLocal是如何实现的。

先了解一下ThreadLocal类提供的几个方法:

public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { }

get()方法是用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本,set()用来设置当前线程中变量的副本,remove()用来移除当前线程中变量的副本,initialValue()是一个protected方法,一般是用来在使用时进行重写的,它是一个延迟加载方法,下面会详细说明。

首先我们来看一下ThreadLocal类是如何为每个线程创建一个变量的副本的。

先看下get方法的实现:

第一句是取得当前线程,然后通过getMap(t)方法获取到一个map,map的类型为ThreadLocalMap。然后接着下面获取到<key,value>键值对,注意这里获取键值对传进去的是  this,而不是当前线程t。

如果获取成功,则返回value值。

如果map为空,则调用setInitialValue方法返回value。

我们上面的每一句来仔细分析:

首先看一下getMap方法中做了什么:

可能大家没有想到的是,在getMap中,是调用当期线程t,返回当前线程t中的一个成员变量threadLocals。

那么我们继续取Thread类中取看一下成员变量threadLocals是什么:

实际上就是一个ThreadLocalMap,这个类型是ThreadLocal类的一个内部类,我们继续取看ThreadLocalMap的实现:

可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference,并且使用ThreadLocal作为键值。

然后再继续看setInitialValue方法的具体实现:

很容易了解,就是如果map不为空,就设置键值对,为空,再创建Map,看一下createMap的实现:

至此,可能大部分朋友已经明白了ThreadLocal是如何为每个线程创建变量的副本的:

首先,在每个线程Thread内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals,这个threadLocals就是用来存储实际的变量副本的,键值为当前ThreadLocal变量,value为变量副本(即T类型的变量)。

初始时,在Thread里面,threadLocals为空,当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法,就会对Thread类中的threadLocals进行初始化,并且以当前ThreadLocal变量为键值,以ThreadLocal要保存的副本变量为value,存到threadLocals。

然后在当前线程里面,如果要使用副本变量,就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

下面通过一个例子来证明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果:

public class Test {
  ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
  ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();

  public void set() {
    longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
    stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
  }

  public long getLong() {
    return longLocal.get();
  }

  public String getString() {
    return stringLocal.get();
  }

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final Test test = new Test();

    test.set();
    System.out.println(test.getLong());
    System.out.println(test.getString());

    Thread thread1 = new Thread(){
      public void run() {
        test.set();
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
      };
    };
    thread1.start();
    thread1.join();

    System.out.println(test.getLong());
    System.out.println(test.getString());
  }
}

这段代码的输出结果为:

从这段代码的输出结果可以看出,在main线程中和thread1线程中,longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明在main线程中和thread1线程中的副本值确实是不同的。

总结一下:
  1)实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的;

  2)为何threadLocals的类型ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象,因为每个线程中可有多个threadLocal变量,就像上面代码中的longLocal和stringLocal;

  3)在进行get之前,必须先set,否则会报空指针异常;

如果想在get之前不需要调用set就能正常访问的话,必须重写initialValue()方法。

因为在上面的代码分析过程中,我们发现如果没有先set的话,即在map中查找不到对应的存储,则会通过调用setInitialValue方法返回i,而在setInitialValue方法中,有一个语句是T value = initialValue(), 而默认情况下,initialValue方法返回的是null。

看下面这个例子:

public class Test {
  ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
  ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();

  public void set() {
    longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
    stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
  }

  public long getLong() {
    return longLocal.get();
  }

  public String getString() {
    return stringLocal.get();
  }

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final Test test = new Test();

    System.out.println(test.getLong());
    System.out.println(test.getString());

    Thread thread1 = new Thread(){
      public void run() {
        test.set();
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
      };
    };
    thread1.start();
    thread1.join();

    System.out.println(test.getLong());
    System.out.println(test.getString());
  }
}

在main线程中,没有先set,直接get的话,运行时会报空指针异常。

但是如果改成下面这段代码,即重写了initialValue方法:

public class Test {
  ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>(){
    protected Long initialValue() {
      return Thread.currentThread().getId();
    };
  };
  ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>(){;
    protected String initialValue() {
      return Thread.currentThread().getName();
    };
  };

  public void set() {
    longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
    stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
  }

  public long getLong() {
    return longLocal.get();
  }

  public String getString() {
    return stringLocal.get();
  }

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final Test test = new Test();

    test.set();
    System.out.println(test.getLong());
    System.out.println(test.getString());

    Thread thread1 = new Thread(){
      public void run() {
        test.set();
        System.out.println(test.getLong());
        System.out.println(test.getString());
      };
    };
    thread1.start();
    thread1.join();

    System.out.println(test.getLong());
    System.out.println(test.getString());
  }
}

就可以直接不用先set而直接调用get了。

三.ThreadLocal的应用场景

最常见的ThreadLocal使用场景为 用来解决 数据库连接、Session管理等。

如:

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder
= new ThreadLocal<Connection>() {
public Connection initialValue() {
  return DriverManager.getConnection(DB_URL);
}
};

public static Connection getConnection() {
return connectionHolder.get();
}
private static final ThreadLocal threadSession = new ThreadLocal();

public static Session getSession() throws InfrastructureException {
  Session s = (Session) threadSession.get();
  try {
    if (s == null) {
      s = getSessionFactory().openSession();
      threadSession.set(s);
    }
  } catch (HibernateException ex) {
    throw new InfrastructureException(ex);
  }
  return s;
}
时间: 2017-06-13

深入浅出的学习Java ThreadLocal

前言 ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本,所以每个线程可以访问自己内部的副本变量,不同线程之间不会互相干扰.本文会基于实际场景介绍ThreadLocal如何使用以及内部实现机制. 应用场景 Parameter对象的数据需要在多个模块中使用,如果采用参数传递的方式,显然会增加模块之间的耦合性.先看看用ThreadLocal是如何实现模块间共享数据的. class Parameter { private static ThreadLocal<Parameter> _param

彻底理解Java中的ThreadLocal

ThreadLocal翻译成中文比较准确的叫法应该是:线程局部变量.  ThreadLocal是什么 早在JDK 1.2的版本中就提供Java.lang.ThreadLocal,ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路.使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序. 当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本. 从线程的角度看,目标变

深入解析Java中ThreadLocal线程类的作用和用法

ThreadLocal与线程成员变量还有区别,ThreadLocal该类提供了线程局部变量.这个局部变量与一般的成员变量不一样,ThreadLocal的变量在被多个线程使用时候,每个线程只能拿到该变量的一个副本,这是Java API中的描述,通过阅读API源码,发现并非副本,副本什么概念?克隆品? 或者是别的样子,太模糊.   准确的说,应该是ThreadLocal类型的变量内部的注册表(Map<Thread,T>)发生了变化,但ThreadLocal类型的变量本身的确是一个,这才是本质!  

实例详解Java中ThreadLocal内存泄露

案例与分析 问题背景 在 Tomcat 中,下面的代码都在 webapp 内,会导致WebappClassLoader泄漏,无法被回收. public class MyCounter { private int count = 0; public void increment() { count++; } public int getCount() { return count; } } public class MyThreadLocal extends ThreadLocal<MyCount

Java多线程编程中ThreadLocal类的用法及深入

ThreadLocal,直译为"线程本地"或"本地线程",如果你真的这么认为,那就错了!其实,它就是一个容器,用于存放线程的局部变量,我认为应该叫做 ThreadLocalVariable(线程局部变量)才对,真不理解为什么当初 Sun 公司的工程师这样命名. 早在 JDK 1.2 的时代,java.lang.ThreadLocal 就诞生了,它是为了解决多线程并发问题而设计的,只不过设计得有些难用,所以至今没有得到广泛使用.其实它还是挺有用的,不相信的话,我们一起

简单分析Java线程编程中ThreadLocal类的使用

一.概述   ThreadLocal是什么呢?其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本,它并不是一个Thread,而是threadlocalvariable(线程局部变量).也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适.线程局部变量(ThreadLocal)其实的功用非常简单,就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本,是Java中一种较为特殊的线程绑定机制,是每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会和其它线程的副本冲突.   从线程的角度看,每个线程都保持一个对

Java 中ThreadLocal类详解

ThreadLocal类,代表一个线程局部变量,通过把数据放在ThreadLocal中,可以让每个线程创建一个该变量的副本.也可以看成是线程同步的另一种方式吧,通过为每个线程创建一个变量的线程本地副本,从而避免并发线程同时读写同一个变量资源时的冲突. 示例如下: import java.util.Random; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import ja

Java中的静态内部类详解及代码示例

1. 什么是静态内部类 在Java中有静态代码块.静态变量.静态方法,当然也有静态类,但Java中的静态类只能是Java的内部类,也称为静态嵌套类.静态内部类的定义如下: public class OuterClass { static class StaticInnerClass { ... } } 在介绍静态内部类之前,首先要弄清楚静态内部类与Java其它内部类的区别. 2. 内部类 什么是内部类?将一个类的定义放在另一个类的内部,就是内部类.Java的内部类主要分为成员内部类.局部内部类.

Java中初始化块详解及实例代码

Java中初始化块详解 在Java中,有两种初始化块:静态初始化块和非静态初始化块. 静态初始化块:使用static定义,当类装载到系统时执行一次.若在静态初始化块中想初始化变量,那仅能初始化类变量,即static修饰的数据成员. 非静态初始化块:在每个对象生成时都会被执行一次,可以初始化类的实例变量. 非静态初始化块会在构造函数执行时,且在构造函数主体代码执行之前被运行. 括号里的是初始化块,这里面的代码在创建Java对象时执行,而且在构造器之前执行! 其实初始化块就是构造器的补充,初始化块是

Java中final关键字详解

谈到final关键字,想必很多人都不陌生,在使用匿名内部类的时候可能会经常用到final关键字.另外,Java中的String类就是一个final类,那么今天我们就来了解final这个关键字的用法. 主要介绍:一.final关键字的基本用法.二.深入理解final关键字 一.final关键字的基本用法 在Java中,final关键字可以用来修饰类.方法和变量(包括成员变量和局部变量).下面就从这三个方面来了解一下final关键字的基本用法. 1.修饰类 当用final修饰一个类时,表明这个类不能

Java 中的HashMap详解和使用示例_动力节点Java学院整理

第1部分 HashMap介绍 HashMap简介 HashMap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射. HashMap 继承于AbstractMap,实现了Map.Cloneable.java.io.Serializable接口. HashMap 的实现不是同步的,这意味着它不是线程安全的.它的key.value都可以为null.此外,HashMap中的映射不是有序的. HashMap 的实例有两个参数影响其性能:"初始容量" 和 "加载因子&quo

Java中SimpleDateFormat用法详解

public class SimpleDateFormat extends DateFormat SimpleDateFormat 是一个以国别敏感的方式格式化和分析数据的具体类. 它允许格式化 (date -> text).语法分析 (text -> date)和标准化. SimpleDateFormat 允许以为日期-时间格式化选择任何用户指定的方式启动. 但是,希望用 DateFormat 中的 getTimeInstance. getDateInstance 或 getDateTime

Java中Volatile关键字详解及代码示例

一.基本概念 先补充一下概念:Java内存模型中的可见性.原子性和有序性. 可见性: 可见性是一种复杂的属性,因为可见性中的错误总是会违背我们的直觉.通常,我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值,有时甚至是根本不可能的事情.为了确保多个线程之间对内存写入操作的可见性,必须使用同步机制. 可见性,是指线程之间的可见性,一个线程修改的状态对另一个线程是可见的.也就是一个线程修改的结果.另一个线程马上就能看到.比如:用volatile修饰的变量,就会具有可见性.volatile修饰的

java中staticclass静态类详解

一般情况下是不可以用static修饰类的.如果一定要用static修饰类的话,通常static修饰的是匿名内部类. 在一个类中创建另外一个类,叫做成员内部类.这个成员内部类可以静态的(利用static关键字修饰),也可以是非静态的.由于静态的内部类在定义.使用的时候会有种种的限制.所以在实际工作中用到的并不多. 在开发过程中,内部类中使用的最多的还是非静态地成员内部类.不过在特定的情况下,静态内部类也能够发挥其独特的作用. 一.静态内部类的使用目的. 在定义内部类的时候,可以在其前面加上一个权限

Java中final关键字详解及实例

final在Java中可以声明成员变量.方法.类以及本地变量.一旦你将引用声明作final,你将不能改变这个引用了,如果你试图将变量再次初始化的话,编译器会报编译错误.  final的含义在不同的场景下有细微的差别,但总体来说,它指的是"不可变". 1. final变量 凡是对成员变量或者本地变量(在方法中的或者代码块中的变量称为本地变量)声明为final的都叫作final变量.final变量经常和static关键字一起使用,作为常量.用final关键字修饰的变量,只能进行一次赋值操作

JSON在Java中的相互转换示例详解

什么是JSON? JSON (JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式. 易于人阅读和编写.同时也易于机器解析和生成. JSON采用完全独立于语言的文本格式,而且很多语言都提供了对json的支持(包括C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, Python等). 这样就使得JSON成为理想的数据交换格式. 数据交换格式,是指客户端和服务器之间通信,传递数据时,数据使用的格式是json JSON在java中的使用 json在ja