从头到尾再讲一遍ThreadLocal(一)

发布于 2022-6-6 17:47
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引言
其实网上有很多关于ThreadLocal的文章了,有不少文章也已经写得非常好了。但是很多同学反映还有一些部分没有讲解的十分清楚,总觉得有一些疑惑没有理解的十分清楚。因此本文主要结合常见的一些疑问、ThreadLocal源码、应用实例以注意事项来全面而深入地再详细讲解一遍ThreadLocal。希望大家看完本文后可以彻底掌握ThreadLocal。

ThreadLocal是什么?它能干什么
在阐述ThreadLocal之前,我们先来看下它的设计者是怎么描述ThreadLocal的吧。

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看完官方的描述后,结合自己的理解,ThreadLocal提供了一种对应独立线程内的数据访问机制,实现了变量在线程之间隔离,在线程生命周期内独立获取或者设置的能力。如果我们想在线程内传递参数但是有不想作为方法参数的时候,ThreadLocal就可以派上用场了。不过值得注意的是ThreadLocal并不会解决变量共享问题。实际上从ThreadLocal的名称上面来看,线程本地变量也已经大致说明了它的作用,所以变量的命名还是非常重要的,要做到顾名思义。如果觉得还不是很理解,没关系,我们可以通过以下的场景再加深下理解。

 

假如有以下的场景,假设只有一个数据库连接,客户端1、2、3都需要获取数据库连接来进行具体的数据库操作,但是同一时间点只能有一个线程获取连接,其他线程只能等待。因此就会出现数据库访问效率不高的问题。

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那我们有没有什么办法能够避免线程等待的情况呢?上述问题的根本原因是数据库连接是共享变量,同时只能有一个线程可以进行操作。那如果三个线程都有自己的数据库连接,互相隔离,那不就不会出现等待的问题了嘛。那么此时我们可以使用ThreadLocal实现在不同线程中的变量隔离。可以看出来,ThreadLocal是一种以空间换取时间的做法。

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ThreadLocal实现线程隔离的秘密
从上文中,我们了解到ThreadLocal可以实现变量访问的线程级别的隔离。那么它是到底如何实现的呢?这还需要结合Thread以及ThreadLocal的源码来分析才能揭开ThreadLocal实现线程隔离的神秘面纱。

public class Thread implements Runnable {
    ...
    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ...
    
}

 

在Thread源码中我们发现,它有一个threadLocals变量,它的类型是ThreadLocal中的内部类ThreadLocalMap。我们再看下ThreadLocalMap的定义是怎样的。从源码中我们可以看出来,ThreadLocalMap实际上就是Entry数组,这个Entry对应的key实际就是ThreadLocal的实例,value就是实际的变量值。

public class ThreadLocal<T> {
  ...
    
   static class ThreadLocalMap {
     
      static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
       ...
       //底层数据结构是数组
       private Entry[] table;
       ...
     
   }
  ...
  
}

 

通过查看上述的源码,如果还不太好理解的话,我们再结合下现实中的例子来理解。大家都有支付宝账户,我们通过它来管理着我们的银行卡、余额、花呗这些金融服务。

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我们以支付宝以及支付宝账户进行类比,假设ThreadLocal就是支付宝,每个支付宝账户实际就是单独的线程,而账户中的余额属性就相当于Thread的私有属性ThreadLocalMap。我们在日常生活中,进行账户余额的充值或者消费,并不是直接通过账户进行操作的,而是借助于支付宝进行维护的。这就相当于每个线程对ThreadLocalMap进行操作的时候也不是直接操作的,而是借助于ThreadLocal来操作。

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那么Thread到底是怎么借助ThreadLocal进行私有属性管理的呢?还是需要进一步查看Thread进行set以及get操作的源码。从以下的ThreadLocal的源码中我们可以看出,在进行操作之前,需要获取当前的执行操作的线程,再根据线程或者线程中私有的ThreadLocalMap属性来进行操作。

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在进行数据获取的时候,也是按照同样的流程,先获取当前的线程,再获取线程中对应的ThreadLocalMap属性来进行后续的值的获取。

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文章转自公众号:慕枫技术笔记

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已于2022-6-6 17:47:52修改
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