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Java多线程编程中ThreadLocal类的用法及深入(java多线程编程实战指南)

编辑:rootadmin

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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,我们一起来看看这个例子吧。

一个序列号生成器的程序,可能同时会有多个线程并发访问它,要保证每个线程得到的序列号都是自增的,而不能相互干扰。

先定义一个接口:

每次调用 getNumber() 方法可获取一个序列号,下次再调用时,序列号会自增。

再做一个线程类:

在线程中连续输出三次线程名与其对应的序列号。

我们先不用 ThreadLocal,来做一个实现类吧。

序列号初始值是0,在 main() 方法中模拟了三个线程,运行后结果如下:

由于线程启动顺序是随机的,所以并不是0、1、2这样的顺序,这个好理解。为什么当 Thread-0 输出了1、2、3之后,而 Thread-2 却输出了4、5、6呢?线程之间竟然共享了 static 变量!这就是所谓的“非线程安全”问题了。

那么如何来保证“线程安全”呢?对应于这个案例,就是说不同的线程可拥有自己的 static 变量,如何实现呢?下面看看另外一个实现吧。

通过 ThreadLocal 封装了一个 Integer 类型的 numberContainer 静态成员变量,并且初始值是0。再看 getNumber() 方法,首先从 numberContainer 中 get 出当前的值,加1,随后 set 到 numberContainer 中,最后将 numberContainer 中 get 出当前的值并返回。

是不是很恶心?但是很强大!确实稍微饶了一下,我们不妨把 ThreadLocal 看成是一个容器,这样理解就简单了。所以,这里故意用 Container 这个单词作为后缀来命名 ThreadLocal 变量。

运行结果如何呢?看看吧。

每个线程相互独立了,同样是 static 变量,对于不同的线程而言,它没有被共享,而是每个线程各一份,这样也就保证了线程安全。 也就是说,TheadLocal 为每一个线程提供了一个独立的副本!

搞清楚 ThreadLocal 的原理之后,有必要总结一下 ThreadLocal 的 API,其实很简单。

public void set(T value):将值放入线程局部变量中 public T get():从线程局部变量中获取值 public void remove():从线程局部变量中移除值(有助于 JVM 垃圾回收) protected T initialValue():返回线程局部变量中的初始值(默认为 null)

为什么 initialValue() 方法是 protected 的呢?就是为了提醒程序员们,这个方法是要你们来实现的,请给这个线程局部变量一个初始值吧。

了解了原理与这些 API,其实想想 ThreadLocal 里面不就是封装了一个 Map 吗?自己都可以写一个 ThreadLocal 了,尝试一下吧。

以上完全山寨了一个 ThreadLocal,其中中定义了一个同步 Map(为什么要这样?请读者自行思考),代码应该非常容易读懂。下面用这 MyThreadLocal 再来实现一把看看。

以上代码其实就是将 ThreadLocal 替换成了 MyThreadLocal,仅此而已,运行效果和之前的一样,也是正确的。

其实 ThreadLocal 可以单独成为一种设计模式,就看你怎么看了。

ThreadLocal 具体有哪些使用案例呢?

我想首先要说的就是:通过 ThreadLocal 存放 JDBC Connection,以达到事务控制的能力。

还是保持我一贯的 Style,用一个 Demo 来说话吧。用户提出一个需求:当修改产品价格的时候,需要记录操作日志,什么时候做了什么事情。

Java多线程编程中ThreadLocal类的用法及深入(java多线程编程实战指南)

想必这个案例,只要是做过应用系统的小伙伴们,都应该遇到过吧?无外乎数据库里就两张表:product 与 log,用两条 SQL 语句应该可以解决问题:

But!要确保这两条 SQL 语句必须在同一个事务里进行提交,否则有可能 update 提交了,但 insert 却没有提交。如果这样的事情真的发生了,我们肯定会被用户指着鼻子狂骂:“为什么产品价格改了,却看不到什么时候改的呢?”。

聪明的我在接到这个需求以后,是这样做的:

首先,我写一个 DBUtil 的工具类,封装了数据库的常用操作:

里面搞了一个 static 的 Connection,这下子数据库连接就好操作了,牛逼吧!

然后,我定义了一个接口,用于给逻辑层来调用:

根据用户提出的需求,我想这个接口完全够用了。根据 productId 去更新对应 Product 的 price,然后再插入一条数据到 log 表中。

其实业务逻辑也不太复杂,于是我快速地完成了 ProductService 接口的实现类:

代码的可读性还算不错吧?这里我用到了 JDBC 的高级特性 Transaction 了。暗自庆幸了一番之后,我想是不是有必要写一个客户端,来测试一下执行结果是不是我想要的呢? 于是我偷懒,直接在 ProductServiceImpl 中增加了一个 main() 方法:

我想让 productId 为 1 的产品的价格修改为 。于是我把程序跑了一遍,控制台输出:

应该是对了。作为一名专业的程序员,为了万无一失,我一定要到数据库里在看看。没错!product 表对应的记录更新了,log 表也插入了一条记录。这样就可以将 ProductService 接口交付给别人来调用了。

几个小时过去了,QA 妹妹开始骂我:“我靠!我才模拟了 个请求,你这个接口怎么就挂了?说是数据库连接关闭了!”。

听到这样的叫声,让我浑身打颤,立马中断了我的小视频,赶紧打开 IDE,找到了这个 ProductServiceImpl 这个实现类。好像没有 Bug 吧?但我现在不敢给她任何回应,我确实有点怕她的。

我突然想起,她是用工具模拟的,也就是模拟多个线程了!那我自己也可以模拟啊,于是我写了一个线程类:

我用这线程去调用 ProduceService 的方法,看看是不是有问题。此时,我还要再修改一下 main() 方法:

我也模拟 个线程吧,我就不信那个邪了!

运行结果真的让我很晕、很晕:

我靠!竟然在多线程的环境下报错了,果然是数据库连接关闭了。怎么回事呢?我陷入了沉思中。于是我 Copy 了一把那句报错信息,在百度、Google,还有 OSC 里都找了,解答实在是千奇百怪。

我突然想起,既然是跟 Connection 有关系,那我就将主要精力放在检查 Connection 相关的代码上吧。是不是 Connection 不应该是 static 的呢?我当初设计成 static 的主要是为了让 DBUtil 的 static 方法访问起来更加方便,用 static 变量来存放 Connection 也提高了性能啊。怎么搞呢?

于是我看到了 OSC 上非常火爆的一篇文章《ThreadLocal 那点事儿》,终于才让我明白了!原来要使每个线程都拥有自己的连接,而不是共享同一个连接,否则线程1有可能会关闭线程2的连接,所以线程2就报错了。一定是这样!

我赶紧将 DBUtil 给重构了:

我把 Connection 放到了 ThreadLocal 中,这样每个线程之间就隔离了,不会相互干扰了。

此外,在 getConnection() 方法中,首先从 ThreadLocal 中(也就是 connContainer 中) 获取 Connection,如果没有,就通过 JDBC 来创建连接,最后再把创建好的连接放入这个 ThreadLocal 中。可以把 ThreadLocal 看做是一个容器,一点不假。

同样,我也对 closeConnection() 方法做了重构,先从容器中获取 Connection,拿到了就 close 掉,最后从容器中将其 remove 掉,以保持容器的清洁。

这下应该行了吧?我再次运行 main() 方法:

总算是解决了

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