java多线程（6）---ThreadLocal

2年前 (2022) 程序员胖胖胖虎阿

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ThreadLocal

什么是ThreadLocal？

顾名思义它是local variable（线程局部变量）。它的功用非常简单，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，就好像每一个线程都完全拥有该变量。

注意：ThreadLocal不是用来解决共享对象的多线程访问问题的。

一、多线程共享成员变量

在多线程环境下，之所以会有并发问题，就是因为不同的线程会同时访问同一个共享变量，同时进行一系列的操作。

1、例如下面的形式

//这个意思很简单，创建两个线程，a线程对全局变量+10，b线程对全局变量-10
public class MultiThreadDemo {

    public static class Number {
        private  int value = 0;

        public   void increase() throws InterruptedException {
        //这个变量对于该线程属于局部变量
                value = 10;
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("increase value: " + value);
        }

        public    void decrease() throws InterruptedException {
        //同样这个变量对于该线程属于局部变量       
              value = -10;
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("decrease value: " + value);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Number number = new Number();
        Thread a = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    number.increase();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        Thread b = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    number.decrease();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        a.start();
        b.start();
    }
}

思考：可能运行的结果：

/*运行结果(一种可能)
increase value: -10
decrease value: -10
 * 
 *你或许在想不对啊，按常理不是一个输出10，一个输出-10嘛
 *原因分析：
 *其实很简单，就是当a执行value = 10时,还没有等到下面输出，这个时候
 * b线程获得cpu执行权value = -10;这个时候a在获得cpu执行权的时候输出当然是-10。
 * 这里的根本原因是线程的赋值和输出一起不是原子性的。
 */

运行结果

为了验证我上面的原因分析，我修改下代码：

 public    void decrease() throws InterruptedException {
          //我在decrease()新添加这个输出，看下输出结果
            System.out.println("increase value: " + value);
              value = -10;
            Thread.sleep(10);
            System.out.println("decrease value: " + value);
        }

再看运行结果：（和上面分析的一样）

java多线程（6）---ThreadLocal

思考：如果在 private volatile int value = 0;在这里加上volatile关键字结果如何？

/*结果会和上面没有任何区别，为什么
 *volatile的特点是保证可见性，但不保证原子性，你这a获得cpu改成value = 10，
 *这个时候b获得线程，它是知道value变成10了，但不影响它在把值赋值成-10。
 */

volatile结果

所以总的来说：

a线程和b线程会操作同一个 number 中 value，那么输出的结果是不可预测的，因为当前线程修改变量之后但是还没输出的时候，变量有可能被另外一个线程修改.

当如如果要保证输出我当前线程的值呢？

其实也很简单：在 increase() 和 decrease() 方法上加上 synchronized 关键字进行同步，这种做法其实是将 value 的赋值和打印包装成了一个原子操作，也就是说两者要么同时进行，要不都不进行，中间不会有额外的操作。

二、多线程不共享全局变量

上面的例子我们可以看到a线程操作全局变量,b在去去全局成员变量是a已经修改过的。

如果我们需要 value 只属于 increase 线程或者 decrease 线程，而不是被两个线程共享，那么也不会出现竞争问题。

1、方式一

很简单，为每一个线程定义一份只属于自己的局部变量。

 public void increase() throws InterruptedException {
     //为每一个线程定义一个局部变量，这样当然就是线程私有的
     int value = 10;
     Thread.sleep(10);
     System.out.println("increase value: " + value);
  }

不论 value 值如何改变，都不会影响到其他线程，因为在每次调用 increase 方法时，都会创建一个 value 变量，该变量只对当前调用 increase 方法的线程可见。

2、方式二

借助于上面这种思想，我们可以创建一个map，将当前线程的 id 作为 key，副本变量作为 value 值，下面是一个实现

public class SimpleImpl {

    //这个相当于工具类
    public static class CustomThreadLocal {
        //创建一个Map
        private Map<Long, Integer> cacheMap = new HashMap<>();

        private int defaultValue ;

        public CustomThreadLocal(int value) {
            defaultValue = value;
        }

        //进行封装一层，其实就是通过key得到value
        public Integer get() {
            long id = Thread.currentThread().getId();
            if (cacheMap.containsKey(id)) {
                return cacheMap.get(id);
            }
            return defaultValue;
        }
       //同样存放key，value
        public void set(int value) {
            long id = Thread.currentThread().getId();
            cacheMap.put(id, value);
        }
    }
   //这个类引用工具类，当然也可以在这里写map。
    public static class Number {
        private CustomThreadLocal value = new CustomThreadLocal(0);

        public void increase()  {
            value.set(10);
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("increase value: " + value.get());
        }

        public void decrease()  {
            value.set(-10);
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("decrease value: " + value.get());
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Number number = new Number();
        Thread a = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                    number.increase();     
            }
        });

        Thread b = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {              
                    number.decrease();            
            }
        });

        a.start();
        b.start();
    }
}

思考，运行结果如何？

//运行结果（其中一种）：
increase value: 0
decrease value: -10

按照常理来讲应该是一个10，一个-10，怎么都想不通会出现0，也没有想明白是哪个地方引起的这个线程不同步，毕竟我这里两个线程各放各的key和value值，而且key也不一样

为什么出现有一个不存在key值，而取出默认值0。

其实原因就在HashMap是线程不安全的，并发的时候设置值，可能导致冲突，另一个没设置进去。如果这个改成Hashtable,就发现永远输出10和-10两个值。

三、ThreadLocal

其实上面的方式二实现的功能和ThreadLocal像，只不过ThreadLocal肯定更完美。

1、了解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：获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本。

set()方法：用来设置当前线程中变量的副本。

remove()方法：用来移除当前线程中变量的副本。

initialValue()方法：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。

这里主要看get和set方法源码

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

通过这个可以总结出：

（1）get和set底层还是一个ThreadLocalMap实现存取值

（2）我们在放的时候只放入value值，那么它的key其实就是ThreadLocal类的实例对象（也就是当前线程对象）

2、小案例

public class Test {
    //创建两个ThreadLocal对象
    ThreadLocal<Long> longLocal = new ThreadLocal<Long>();
    ThreadLocal<String> stringLocal = new ThreadLocal<String>();   
     
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Test test = new Test();
        ExecutorService  executors= Executors.newFixedThreadPool(2);
        executors.execute(new Runnable() {        
            @Override
            public void run() {
                test.longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
                test.stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(test.longLocal.get());
                System.out.println(test.stringLocal.get());
            }
        });
        executors.execute(new Runnable() {        
            @Override
            public void run() {
                test.longLocal.set(Thread.currentThread().getId());
                test.stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());
                System.out.println(test.longLocal.get());
                System.out.println(test.stringLocal.get());
            }
        });
    }
}

思考，运行结果如何？

//运行结果（其中一种可能）
11
10
pool-1-thread-2
pool-1-thread-1
//说明已经实现了共享变量私有

运行结果

四、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。

1、数据库连接管理

同一事务多DAO共享同一Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。

public class ConnectionManager {    
    
    private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {    
        @Override    
        protected Connection initialValue() {    
            Connection conn = null;    
            try {    
                conn = DriverManager.getConnection(    
                        "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",    
                        "password");    
            } catch (SQLException e) {    
                e.printStackTrace();    
            }    
            return conn;    
        }    
    };    
    
    public static Connection getConnection() {    
        return connectionHolder.get();    
    }    
    
    public static void setConnection(Connection conn) {    
        connectionHolder.set(conn);    
    }    
}

这样就保证了一个线程对应一个数据库连接，保证了事务。因为事务是依赖一个连接来控制的，如commit,rollback,都是数据库连接的方法。

2、Session管理

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;
}