ThreadLocal原理与模拟
首先用一个程序模拟一下ThreadLocal:
public class ThreadLocal1 { private static Dictionary<Thread, Integer> map; public static void main(String[] args) { map = new Hashtable<Thread, Integer>(); for (int i = 0; i < 2; i++) { new Thread(new Runnable() { public void run() { int data = new Random().nextInt(); map.put(Thread.currentThread(), data); System.out.println(Thread.currentThread() + ", data:" + data); new A().show(); new B().show(); } }).start(); } } static class A { public void show() { System.out.println(Thread.currentThread() + "调用A, data:" + map.get(Thread.currentThread())); } } static class B { public void show() { System.out.println(Thread.currentThread() + "调用B, data:" + map.get(Thread.currentThread())); } } }
运行结果:
Thread[Thread-1,5,main], data:1170863694
Thread[Thread-0,5,main], data:1982496284
Thread[Thread-1,5,main]调用A, data:1170863694
Thread[Thread-0,5,main]调用A, data:1982496284
Thread[Thread-0,5,main]调用B, data:1982496284
Thread[Thread-1,5,main]调用B, data:1170863694
接着,使用ThreadLocal来写一个类似的例子:
public class ThreadLocal2 { public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 2; i++) { new Thread(new Runnable() { public void run() { int data = new Random().nextInt(1000); Student instance = Student.getInstance(); instance.setName(data + ""); instance.setAge(data); System.out.println(Thread.currentThread() + ", name:" + instance.getName() + ",age:" + instance.getAge()); new A().show(); new B().show(); } }).start(); } } static class A { public void show() { Student instance = Student.getInstance(); System.out.println(Thread.currentThread() + "调用A, name:" + instance.getName()+",age:"+instance.getAge()); } } static class B { public void show() { Student instance = Student.getInstance(); System.out.println(Thread.currentThread() + "调用B, name:" + instance.getName()+",age:"+instance.getAge()); } } } class Student { // private Student instance; private static ThreadLocal<Student> threadInstance = new ThreadLocal<Student>(); private Student() { } public static Student getInstance() { Student instance = threadInstance.get(); if (instance == null) { instance = new Student(); threadInstance.set(instance); } return instance; } private String name; private int age; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } }
运行结果:
Thread[Thread-0,5,main], name:568,age:568
Thread[Thread-1,5,main], name:388,age:388
Thread[Thread-1,5,main]调用A, name:388,age:388
Thread[Thread-0,5,main]调用A, name:568,age:568
Thread[Thread-0,5,main]调用B, name:568,age:568
Thread[Thread-1,5,main]调用B, name:388,age:388
我们可以看到,以上程序中,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。
但这其中一共有两个问题值得思考:
1、每个线程的变量副本是存储在哪里的?
2、变量副本是怎么从共享的那个变量赋值出来的?源码中的threadlocal的初始值是什么时机设置的?
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最关键的问题是:ThreadLocal是怎么实现了多个线程之间每个线程一个变量副本的?它是如何实现共享变量的。
ThreadLocal提供了set和get访问器用来访问与当前线程相关联的线程局部变量。
可以从ThreadLocal的get函数中看出来,其中getmap函数是用t作为参数,这里t就是当前执行的线程。
从而得知,get函数就是从当前线程的threadlocalmap中取出当前线程对应的变量的副本【注意,map是保存在线程中的,而不是保存在ThreadLocal变量中】。当前线程中,有一个变量引用名字是threadLocals,这个引用是在ThreadLocal类中createmap函数内初始化的。每个线程都有一个这样的threadLocals引用的ThreadLocalMap,以ThreadLocal和ThreadLocal对象声明的变量类型作为参数。这样,我们所使用的ThreadLocal变量的实际数据,通过get函数取值的时候,就是通过取出Thread中threadLocals引用的map,然后从这个map中根据当前threadLocal作为参数,取出数据。现在,变量的副本从哪里取出来的(本文章提出的第一个问题)已经确认解决了。
【ThreadLocal整体上给我的感觉就是,一个包装类。声明了这个类的对象之后,每个线程的数据其实还是在自己线程内部通过threadLocals引用到的自己的数据。只是通过ThreadLocal访问这个数据而已】
ThreadLocalMap确实是ThreadLocal中的静态内部类,但Thread中局部对象包括这个ThreadLocalMap。
public class Thread implements Runnable { ...... /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained * by the ThreadLocal class. */ ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; ...... }
ThreadLocal 的工作原理在于:每个Thread调用到ThreadLocal 的set ( T )方法时,其实内部实现的就是ThreadLocal 对象创建一个ThreadLocalMap对象塞到调用的那个Thread局部对象中。真正保存的数值都存在每个Thread自己那边,当然线程之间没什么影响啊。
说明下ThreadLocalMap 中保存的值:类似于 Map(key,value) 保存的,key=ThreadLocal 对象,value=你传递的值对象。 这个ThreadLocalMap 保存在每个调用的Thread那边!
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那么还剩下第二个问题。变量副本是什么时候“复制”到threadlocal中的呢?这里“复制”两个字用的很不专业。准确的说,应该是,变量副本【每个线程中保存的那个map中的变量】是怎么声明和初始化的?
看下面ThreadLocal类中的set函数的源码:
/** * Sets the current thread's copy of this thread-local variable * to the specified value. Most subclasses will have no need to * override this method, relying solely on the {@link #initialValue} * method to set the values of thread-locals. * * @param value the value to be stored in the current thread's copy of * this thread-local. */ public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); }
再来看getMap()和createMap()函数的源码:
/** * 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; } /** * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in * InheritableThreadLocal. * * @param t the current thread * @param firstValue value for the initial entry of the map * @param map the map to store. */ void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); }
下面再来看一下ThreadLocal类中的get()函数的源码:
/** * Returns the value in the current thread's copy of this * thread-local variable. If the variable has no value for the * current thread, it is first initialized to the value returned * by an invocation of the {@link #initialValue} method. * * @return the current thread's value of this thread-local */ public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) return (T)e.value; } return setInitialValue(); }
当线程中的threadlocalmap是null的时候,会调用createmap创建一个map。同时根据函数参数设置上初始值。也就是说,当前线程的threadlocalmap是在第一次调用set的时候创建map并且设置上相应的值的。
解释如下:
1、在代码中声明的ThreadLocal对象,实际上只有一个。
2、在每个线程中,都维护了一个threadlocals对象,在没有ThreadLocal变量的时候是null的。一旦在ThreadLocal的createMap函数中初始化之后,这个threadlocals就初始化了。以后每次那个ThreadLocal对象想要访问变量的时候,比如set函数和get函数,都是先通过getMap(t)函数,先将线程的map取出,然后再从这个在线程(Thread)中维护的map中取出数据【以当前threadlocal作为参数】。
到此,第二个问题也解决了。
从这个函数中可以看出来,Thread中的threadlocals变量是在ThreadLocal对象中调用createMap函数来初始化的。其实在Thread的代码中可以搜搜看,是没有threadlocals这个变量的很多应用场景的。主要就是用在ThreadLocal中用来set和get函数中。
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那么上面的问题解决之后,又来了一个问题。不同的线程局部变量,比如说声明了n个(n>=2)这样的线程局部变量threadlocal,那么在Thread中的threadlocals中是怎么存储的呢?threadlocalmap中是怎么操作的?
在ThreadLocal的set函数中,可以看到,其中的map.set(this, value);把当前的threadlocal传入到map中作为键,也就是说,在不同的线程的threadlocals变量中,都会有一个以你所声明的那个线程局部变量threadlocal作为键的key-value。假设说声明了N个这样的线程局部变量变量,那么在线程的ThreadLocalMap中就会有n个分别以你的线程局部变量作为key的键值对。
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至此,所有的关于threadlocal的问题都已经解决了。