threadlocal使用场景及注意事项

￡神魔★判官ぃ 2024-03-22 16:31 141阅读 0赞

**threadlocal****使用场景及注意事项**

想必很多朋友对ThreadLocal并不陌生，今天我们就来一起探讨下ThreadLocal的使用方法和实现原理。

首先，本文先谈一下对ThreadLocal的理解，然后根据ThreadLocal类的源码分析了其实现原理和使用需

要注意的地方，最后给出了两个应用场景。

**一****.****对****ThreadLocal****的理解**

void VM\_GC\_Operation::doit\_epilogue() \{

assert(Thread::current()->is\_Java\_thread(), "just checking");

// Release the Heap\_lock first.

SharedHeap\* sh = SharedHeap::heap();

if (sh != NULL) sh->\_thread\_holds\_heap\_lock\_for\_gc = false;

Heap\_lock->unlock();

release\_and\_notify\_pending\_list\_lock();

void VM\_GC\_Operation::release\_and\_notify\_pending\_list\_lock() \{

instanceRefKlass::release\_and\_notify\_pending\_list\_lock(&\_pending\_list\_basic\_lock

);

\}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：

Java代码

1. \*\*class\*\* ConnectionManager \{

3. \*\*private\*\* \*\*static\*\* Connection connect = \*\*null\*\*;

5. \*\*public\*\* \*\*static\*\* Connection openConnection() \{

6. \*\*if\*\*(connect == \*\*null\*\*)\{

7. connect = DriverManager.getConnection();

8. \}

9. \*\*return\*\* connect;

10. \}

11.

12. \*\*public\*\* \*\*static\*\* \*\*void\*\* closeConnection() \{

13. \*\*if\*\*(connect!=\*\*null\*\*)

14. connect.close();

15. \}

16. \}

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：

Java代码

1. \*\*class\*\* ConnectionManager \{

3. \*\*private\*\* Connection connect = \*\*null\*\*;

5. \*\*public\*\* Connection openConnection() \{

6. \*\*if\*\*(connect == \*\*null\*\*)\{

7. connect = DriverManager.getConnection();8. \}

9. \*\*return\*\* connect;

10. \}

11.

12. \*\*public\*\* \*\*void\*\* closeConnection() \{

13. \*\*if\*\*(connect!=\*\*null\*\*)

14. connect.close();

15. \}

16. \}

17.

18. \*\*class\*\* Dao\{

19. \*\*public\*\* \*\*void\*\* insert() \{

20. ConnectionManager connectionManager = \*\*new\*\* ConnectionManager();

21. Connection connection = connectionManager.openConnection();

22.

23. //使用connection进行操作

24.

25. connectionManager.closeConnection();

26. \}

27. \}

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，这样不仅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：

Java代码

1. **public** T get() \{ \}

2. **public void** set(T value) \{ \}

3. **public void** remove() \{ \}

4. **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：

Java代码

1. \*\*package\*\* com.bijian.study;

3. \*\*public\*\* \*\*class\*\* Test \{

5. ThreadLocal<Long> longLocal = \*\*new\*\* ThreadLocal<Long>();

6. ThreadLocal<String> stringLocal = \*\*new\*\* ThreadLocal<String>();

8. \*\*public\*\* \*\*void\*\* set() \{

9. longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

10. stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

11. \}

12.

13. \*\*public\*\* \*\*long\*\* getLong() \{

14. \*\*return\*\* longLocal.get();

15. \}

16.

17. \*\*public\*\* String getString() \{

18. \*\*return\*\* stringLocal.get();

19. \}

20.

21. \*\*public\*\* \*\*static\*\* \*\*void\*\* main(String\[\] args) \*\*throws\*\*

InterruptedException \{

22. \*\*final\*\* Test test = \*\*new\*\* Test();

23.

24. test.set();

25. System.out.println(test.getLong());26. System.out.println(test.getString());

27.

28. Thread thread1 = \*\*new\*\* Thread() \{

29. \*\*public\*\* \*\*void\*\* run() \{

30. test.set();

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

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

33. \};

34. \};

35. thread1.start();

36. thread1.join();

37.

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

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

40. \}

41. \}

运行结果：

Text代码

1. 1

2. main

3. 11

4. Thread-0

5. 1

6. main

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：

Java代码

1. \*\*package\*\* com.bijian.study;

3. \*\*public\*\* \*\*class\*\* Test02 \{

5. ThreadLocal<Long> longLocal = \*\*new\*\* ThreadLocal<Long>();

6. ThreadLocal<String> stringLocal = \*\*new\*\* ThreadLocal<String>();

8. \*\*public\*\* \*\*void\*\* set() \{

9. longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

10. stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

11. \}

12.

13. \*\*public\*\* \*\*long\*\* getLong() \{

14. \*\*return\*\* longLocal.get();

15. \}

16.

17. \*\*public\*\* String getString() \{

18. \*\*return\*\* stringLocal.get();

19. \}

20.

21. \*\*public\*\* \*\*static\*\* \*\*void\*\* main(String\[\] args) \*\*throws\*\*

InterruptedException \{

22. \*\*final\*\* Test02 test = \*\*new\*\* Test02();23.

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

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

26.

27. Thread thread1 = \*\*new\*\* Thread() \{

28. \*\*public\*\* \*\*void\*\* run() \{

29. test.set();

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

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

32. \};

33. \};

34. thread1.start();

35. thread1.join();

36.

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

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

39. \}

40. \}

运行结果：

Text代码

1. Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException

2. at com.bijian.study.Test02.getLong(Test02.java:14)

3. at com.bijian.study.Test02.main(Test02.java:24)

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：

Java代码

1. \*\*package\*\* com.bijian.study;

3. \*\*public\*\* \*\*class\*\* Test03 \{

5. ThreadLocal<Long> longLocal = \*\*new\*\* ThreadLocal<Long>() \{

6. \*\*protected\*\* Long initialValue() \{

7. \*\*return\*\* Thread.currentThread().getId();

8. \};

9. \};

10.

11. ThreadLocal<String> stringLocal = \*\*new\*\* ThreadLocal<String>() \{

12. \*\*protected\*\* String initialValue() \{

13. \*\*return\*\* Thread.currentThread().getName();

14. \};

15. \};

16.

17. \*\*public\*\* \*\*void\*\* set() \{

18. longLocal.set(Thread.currentThread().getId());

19. stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());

20. \}

21.

22. \*\*public\*\* \*\*long\*\* getLong() \{

23. \*\*return\*\* longLocal.get();

24. \}25.

26. \*\*public\*\* String getString() \{

27. \*\*return\*\* stringLocal.get();

28. \}

29.

30. \*\*public\*\* \*\*static\*\* \*\*void\*\* main(String\[\] args) \*\*throws\*\*

InterruptedException \{

31. \*\*final\*\* Test03 test = \*\*new\*\* Test03();

32.

33. //test.set();

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

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

36.

37. Thread thread1 = \*\*new\*\* Thread() \{

38. \*\*public\*\* \*\*void\*\* run() \{

39. //test.set();

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

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

42. \};

43. \};

44. thread1.start();

45. thread1.join();

46.

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

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

49. \}

50. \}

运行结果：

Text代码

1. 1

2. main

3. 8

4. Thread-0

5. 1

6. main

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。

threadlocal使用场景及注意事项

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