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ThreadlLocal详解

ThreadlLocal详解

作者: _心碎乌托邦_ | 来源:发表于2020-05-05 16:43 被阅读0次

1、ThreadlLocal

  • 简介:ThreadLocal提供线程的局部变量,每个线程都可以通过get()和set()对局部变量进行操作而不会对其他线程的局部变量产生影响,实现了线程之间的数据隔离。e.g. 数据库的连接池管理。

  • 原理:

    • 每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用
    • ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类,用Entry来进行存储
    • 调用ThreadLocal的set()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap设置值,key是ThreadLocal对象,值是传递进来的对象
    • 调用ThreadLocal的get()方法时,实际上就是往ThreadLocalMap获取值,key是ThreadLocal对象
    • ThreadLocal本身并不存储值,它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value
    public void set(T value) {
            // 得到当前线程对象
            Thread t = Thread.currentThread();
            // 这里获取ThreadLocalMap
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            // 如果map存在,则将当前线程对象t作为key,要存储的对象作为value存到map里面去
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
    }
    
    static class ThreadLocalMap {
            /**
             * The entries in this hash map extend WeakReference, using
             * its main ref field as the key (which is always a
             * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
             * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
             * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
             * as "stale entries" in the code that follows.
             */
            static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
                /** The value associated with this ThreadLocal. */
                Object value;
    
                Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                    super(k);
                    value = v;
                }
            }
            //....很长
    }
    
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
            t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
    
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
            return t.threadLocals;
    }
    
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null
    
  • 不足:无法完成父子线程之间的数据传递。

2、InheritableThreadLocal

  • 简介:ThreadLocal的升级版,jdk原生,实现了父子线程之间的数据传递

  • 原理:重新开辟一块空间(InheritableThreadLocal)用于存储父子线程共用的数据隔离空间。重写了ThreadLocal的三个方法,当创建新线程的时候,将父线程的ThreadLocal值拷贝到子线程。

    /** 
    * 该函数在父线程创建子线程,向子线程复制InheritableThreadLocal变量时使用 
    */
    protected T childValue(T parentValue) { 
      return parentValue; 
    }
    /** 
    * 由于重写了getMap,操作InheritableThreadLocal时, 
    * 将只影响Thread类中的inheritableThreadLocals变量, 
    * 与threadLocals变量不再有关系 
    */ 
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
      return t.inheritableThreadLocals; 
    }
    /** 
    * 类似于getMap,操作InheritableThreadLocal时, 
    * 将只影响Thread类中的inheritableThreadLocals变量, 
    * 与threadLocals变量不再有关系 
    */ 
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
      t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); 
    }
    
    public class Thread implements Runnable {
       ......(其他源码)
        /* 
         * 当前线程的ThreadLocalMap,主要存储该线程自身的ThreadLocal
         */
        ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    
        /*
         * InheritableThreadLocal,自父线程集成而来的ThreadLocalMap,
         * 主要用于父子线程间ThreadLocal变量的传递
         * 本文主要讨论的就是这个ThreadLocalMap
         */
        ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
        ......(其他源码)
    }
    /**
        * 初始化一个线程.
        * 此函数有两处调用,
        * 1、上面的 init(),不传AccessControlContext,inheritThreadLocals=true
        * 2、传递AccessControlContext,inheritThreadLocals=false
        */
    private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                         long stackSize, AccessControlContext acc,
                          boolean inheritThreadLocals) {
            ......(其他代码)
    
            if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
                this.inheritableThreadLocals =
                    ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
    
            ......(其他代码)
    }
    
  • 不足:无法完成线程池间的数据传递。

3、Transmittable-Thread-Local

InheritableThreadLocal value 串位问题的根本原因在于它依赖 Thread 类本身的机制传递 value, 而 Thread 类由于其于线程池内 “复用存在” 的形式而导致 InheritableThreadLocal 的机制失效; 所以针对 InheritableThreadLocal 的改进, 突破点就在于如何摆脱对 Thread 类的依赖。

  • 简介:阿里开源组件,继承自InheritableThreadLocal,实现了父子线程在线程池中的数据传递。

  • 原理:在提交任务给线程池时,将ThreadLocal数据一起提交,相当于重新set一次ThreadLocal,「把任务提交给线程池时的ThreadLocal值传递到 任务执行时」。

    • 与InheritableThreadLocal类似,单独搞了一块空间,维护一个全局的静态变量holder,存储所有TransmittableThreadLocal实例

      static ThreadLocal<Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?>> holder = new ThreadLocal<Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?>>() {
          @Override
          protected Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?> initialValue() {
              return new WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<?>, Object>();
          }
      };
      
    • 提供一个 copy() 方法实时复制所有 TransmittableThreadLocal 实例及其在当前线程的 value

      static Map<TransmittableThreadLocal<?>, Object> copy() {
          Map<TransmittableThreadLocal<?>, Object> copy = new HashMap<TransmittableThreadLocal<?>, Object>();
          for (TransmittableThreadLocal<?> threadLocal : holder.get().keySet()) {
              copy.put(threadLocal, threadLocal.copyValue());
          }
          return copy;
      }
      
    • 封装了原始的 Runnable 和 Callable,将当前线程下所有的 TransmittableThreadLocal 实例及其对应的 value, 放到了一个 AtomicReference 包装的 map 之中, 这样就完成了由父线程向 Runnable的value 传递

      private TtlRunnable(Runnable runnable, boolean releaseTtlValueReferenceAfterRun) {
          this.copiedRef = new AtomicReference<Map<TransmittableThreadLocal<?>, Object>>(TransmittableThreadLocal.copy());
          this.runnable = runnable;
          this.releaseTtlValueReferenceAfterRun = releaseTtlValueReferenceAfterRun;
      }
      
    • 关键的 run() 方法的处理

      public void run() {
          Map<TransmittableThreadLocal<?>, Object> copied = copiedRef.get();
          // 非核心逻辑已省略
          ......
          Map<TransmittableThreadLocal<?>, Object> backup = TransmittableThreadLocal.backupAndSetToCopied(copied);
          try {
              runnable.run();
          } finally {
              TransmittableThreadLocal.restoreBackup(backup);
          }   
      }
      
  • 不足:对hystrix修饰的线程池无效,因为hytrix做了线程隔离。

参考资料:

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