慕课网 ThreadLocal 教学视频学习笔记

作者: 骇客与画家 | 来源:发表于2020-02-01 00:38 被阅读0次

课程地址：https://www.imooc.com/learn/1217

作者：求老仙奶我不到P10（这昵称🤔，我奶一口，你到不了P10 🐶）

作者简介：我是一名有10年经验的互联网老兵，创过业、也曾任数家大型互联网公司架构师、团队Leader，30岁（2018）任职阿里巴巴高级技术专家（P8）。曾负责架构PHP高负载、前端（React/RN）方向、Java领域化中间件方向、大数据(BI和数据可视化)等多方向业界知名项目。大学刷完算法导论，参加过ACM和国际机器人竞赛，多年在项目中实践技术驱动、前端后端领域化、数据可视化，多个领域实战经验丰富。

代码地址（跟着课程手敲的）：https://github.com/gaohanghang/spring-threadlocal-demo

简介：多线程增加了我们的不确定性，破坏了可预测性——当然，这对于【艺高人胆大】的未来的你，都是小事，因为你会不断进步成长，只要你把握好现在的光阴。科学的美，在于它的模型可以不断的迭代和进步，Java是一种简化和进步，ThreadLocal也一种简化和进步，如同Java给编程带来了很多安全感，而ThreadLocal给多线程时代带了更多的安全感（可预测性、确定性，一致性……）。课程是一种爬坡训练，难度会一直上去直到你完全理解，可以自己动手实现。

思维导图：

第1章纵观课程纲要

了解一致性等基础概念，解决一致性的基本方法，把ThreadLocal放到一个宏观背景去思考。

1-1 论程序的安全感 (09:09)

image.png

改变思维方式

image.png

Single Source Of Truth: 单一数据源

不断的解决数据不一致的问题

image.png

1-2 课程介绍 (07:12)

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第2章是什么？怎么用？何时用？如何不出问题？

手把手带着Coding，解决基本概念、API以及讲4个关键应用场景。以及工作中并发场景，如何不出问题。

2-1 ThreadLocal是什么 (07:41)

image.png

一个进程有多个线程

定义：提供线程局部变量；一个线程局部变量在多个线程中，分别有独立的值（副本）

特点：简单（开箱即用）、快速（无额外开销）、安全（线程安全）

场景：多线程场景（资源持有、线程一致性、并发计算、线程安全等场景）

image.png

进程 -> 线程表 -> 线程局部变量

image.png

2-2 ThreadLocal基本API (07:52)

image.png

public class Basic {

    // ThreadLocal<T>
    public static ThreadLocal<Long> x = new ThreadLocal<Long>(){
        @Override
        protected Long initialValue() {
            System.out.println("Initial Value run..");
            return Thread.currentThread().getId();
        }
    };

    public static void main(String[] args) {

        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(x.get());
            }
        }.start();
        x.set(107L);
        // 移除当前线程上的ThreadLocal的值
        x.remove();
         /*
            get操作会延迟加载，如果不get,不会触发initialValue
         */
        System.out.println(x.get());

    }

}

2-3 ThreadLocal的4种核心场景 (07:51)

image.png

总结：

持有资源——持有线程资源供线程的各个部分使用，全局获取，减少编程难度
线程一致——帮助需要保持线程一致的资源（如数据库事务）维护一致性，降低编程难度
线程安全——帮助只考虑了单线程的程序库，无缝向多线程场景迁移
分布式计算——帮助分布式计算场景的各个线程累计局部计算结果。

2-4 Thread Local并发场景分析01 (16:50)

代码地址：https://github.com/gaohanghang/spring-threadlocal-demo

image.png

MAC系统上安装Apache ab测试工具教程地址: https://www.cnblogs.com/cjsblog/p/10506647.html

brew install apr
brew install pcre

@RestController
public class StartController {
    
    static Integer c = 0;
   
    @RequestMapping("/stat")
    public Integer stat() {
        return c;
    }
    @RequestMapping("/add")
    public Integer add() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(100);
        c++;
        return 1;
    }
    
}

测试：

ab -n 10000 -c 1 localhost:8080/add

curl localhost:8080/stat

image.png

使用 Synchronized

@RestController
public class StartController {

    static Integer c = 0;

    synchronized void  __add() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(100);
        c++;
    }

    @RequestMapping("/stat")
    public Integer stat() {
        return c;
    }

    @RequestMapping("/add")
    public Integer add() throws InterruptedException {
        //Thread.sleep(100);
        //c++;
        __add();
        return 1;
    }

}

测试：

使用synchronize后测试

ab -n 100 -c 100 localhost:8080/add

curl localhost:8080/stat

使用ThreadLocal

@RestController
public class StartController {

    static ThreadLocal<Integer> c = new ThreadLocal<Integer>() {
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    void __add() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(100);
        c.set(c.get() + 1);
    }

    @RequestMapping("/stat")
    public Integer stat() {
        return c.get();
    }

    @RequestMapping("/add")
    public Integer add() throws InterruptedException {
        __add();
        return 1;
    }

}

测试：

使用ThreadLocal

ab -n 10000 -c 100 localhost:8080/add

curl localhost:8080/stat

image.png

总结

基于线程池模型synchronize（排队操作很危险）
用ThreadLocal收集数据很快且安全
思考：如何在多个ThreadLocal中收集数据？

2-5 ThreadLocal场景分析——减少同步 (10:10)

image.png

@RestController
public class StartController {

    static HashSet<Val<Integer>> set = new HashSet<>();

    synchronized static void addSet(Val<Integer> v) {
        set.add(v);
    }

    static ThreadLocal<Val<Integer>> c = new ThreadLocal<Val<Integer>>() {
        @Override
        protected Val<Integer> initialValue() {
            Val<Integer> v = new Val<>();
            v.set(0);
            addSet(v);
            return v;
        }
    };

    void __add() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(100);
        Val<Integer> v = c.get();
        v.set(v.get() + 1);
    }

    @RequestMapping("/stat")
    public Integer stat() {
        return set.stream().map(x -> x.get()).reduce((a,x) -> a+x).get();
    }

    @RequestMapping("/add")
    public Integer add() throws InterruptedException {
        __add();
        return 1;
    }

}

测试：

使用ThreadLocal

ab -n 10000 -c 100 localhost:8080/add

ab -n 10000 -c 200 localhost:8080/add

curl localhost:8080/stat

问题：set.add(v); 为什么会有线程安全问题

set是所有线程共享的，是个临界区

image.png

第3章【极客视角】大神们怎么用ThreadLocal的

挑选了3个Java领域影响深远的应用，Spring/Mybatis/Quartz中使用到ThreadLocal的源码，理解大神们在思考什么，为什么会用到ThreadLocal。

3-1 源码分析1-Quartz SimpleSemaphore (06:42)

image.png

3-2 源码分析2 Mybatis框架保持连接池线程一致 (04:46)

image.png

A（Atomic)）原子性，操作不可分割。
C（Consistency）一致性，任何时刻数据都能保持一致。
I（Isolation）隔离性，多事务并发执行的时序不影响结果。
D（Durability）持久性，对数据结构的存储是永久的。

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3-3 源码分析03 Spring框架对分布式事务的支持 (04:03)

image.png

A（Atomic)）原子性，操作不可分割。
C（Consistency）一致性，任何时刻数据都能保持一致。
I（Isolation）隔离性，多事务并发执行的时序不影响结果。
D（Durability）持久性，对数据结构的存储是永久的。

A：要么发生，要么不发生
C：要做对，做错了不算
I：同时发生两个事务，两个事务的结果能够叠加的一致，同时扣款
D：数据要被持久化下来

image.png

context 环境

第4章【设计者视角】源码级实现&源码分析

4-1 实现自己的ThreadLocal (12:16)

public class MyThreadLocal<T> {

    // 共享空间
    static HashMap<Thread, HashMap<MyThreadLocal<?>, Object>> threadLocalMap = new HashMap<>();

    // 临界区

    /**
     * 获取当前线程的数据
     * @return
     */
    synchronized static HashMap<MyThreadLocal<?>, Object> getMap() {
        // 获取当前线程
        Thread thread = Thread.currentThread();
        // 判断threadLocalMap是否包含当前线程，不包含就put进去
        if (!threadLocalMap.containsKey(thread)) {
            threadLocalMap.put(thread, new HashMap<MyThreadLocal<?>,Object>());
        }
        // 获取当前thread的map
        return threadLocalMap.get(thread);
    }

    protected T initialValue() {
        return null;
    }

    public T get() {
        HashMap<MyThreadLocal<?>, Object> map = getMap();
        if (!map.containsKey(this)) {
            map.put(this, initialValue());
        }
        return (T) map.get(this);
    }

    public void set(T v) {
        HashMap<MyThreadLocal<?>, Object> map = getMap();
        map.put(this, v);
    }

}

public class Test {

    static MyThreadLocal<Long> v = new MyThreadLocal<Long>() {
        @Override
        protected Long initialValue() {
            return Thread.currentThread().getId();
        }
    };

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                System.out.println(v.get());
            }).start();
        }
    }

}

image.png

public class MyThreadLocal<T> {

    static AtomicInteger atomic = new AtomicInteger();

    // 自增
    Integer threadLocalHash = atomic.addAndGet(0x61c88647);

    // 共享空间
    static HashMap<Thread, HashMap<Integer, Object>> threadLocalMap = new HashMap<>();

    // 临界区

    /**
     * 获取当前线程的数据
     * @return
     */
    synchronized static HashMap<Integer, Object> getMap() {
        // 获取当前线程
        Thread thread = Thread.currentThread();
        // 判断threadLocalMap是否包含当前线程，不包含就put进去
        if (!threadLocalMap.containsKey(thread)) {
            threadLocalMap.put(thread, new HashMap<Integer,Object>());
        }
        // 获取当前thread的map
        return threadLocalMap.get(thread);
    }

    protected T initialValue() {
        return null;
    }

    public T get() {
        HashMap<Integer, Object> map = getMap();
        if (!map.containsKey(this.threadLocalHash)) {
            map.put(this.threadLocalHash, initialValue());
        }
        return (T) map.get(this.threadLocalHash);
    }

    public void set(T v) {
        HashMap<Integer, Object> map = getMap();
        map.put(this.threadLocalHash, v);
    }

}