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淺析ThreadLocal

2021/12/25

ThreadLocal定義

項目中,如果某個對象是線程不安全的，在多線程環境下，對對象必須要採用synchronized加鎖來進行線程同步。但是這樣來解決線程安全的問題，會帶來很大的性能損失。如果在獲取資料庫connection對象時，使用加鎖來解決各個connection對象之間的線程安全問題。那麼用戶訪問時，一個線程在使用資料庫操作，而其他線程的connection對象只能串列等待，這樣會嚴重影響性能問題。

為了更好地處理解決這種問題，java中提供了java.lang.ThreadLocal這個類來實現多線程訪問對象的解決方案。ThreadLocal的主要應用場景為按線程多實例（每個線程對應一個實例）的對象的訪問，並且這個對象很多地方都要用到。

ThreadLocal官網解釋：

This class provides thread-local variables. These variables differ from their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized copy of the variable. {@code ThreadLocal} instances are typically private static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g.,a user ID or Transaction ID).

ThreadLocal類用來提供線程內部的局部變數。這些變數在多線程環境下訪問(通過get或set方法訪問)時能保證各個線程里的變數相對獨立於其他線程內的變數,ThreadLocal實例通常來說都是private static類型。 ThreadLocal不是為了解決多線程訪問共享變數，而是為每個線程創建一個單獨的變數副本，提供了保持對象的方法和避免參數傳遞的複雜性。

在Spring，Hibernate，Struts2中對於ThreadLocal都有廣泛的應用，在Hibernate中獲取connection也是通過ThreadLocal來封裝connection對象，實現了連接connection之間不會相互影響的效果。在Struts2中通過ThreadLocal來封裝每個請求，讓每個用戶的request請求分離達到不同用戶線程之間獲取不同的request對象效果。

ThreadLocal原理

ThreadLocal可以看做是一個容器，容器裡面存放著屬於當前線程的變數。使用一個Map來把線程作為key，對象作為value來存儲對象，這樣能上達到各個線程能夠存儲一個對象，讓每個線程的對象獨立分割開來的效果。

對於ThreadLocal的基本原理，我們可以提供一個基本模擬版本給大家參考。

public class SimpleThreadLocal {

private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap);

public void set(Object newValue) {

//鍵為線程對象，值為本線程的變數副本

valueMap.put(Thread.currentThread, newValue);

}

public Object get {

Thread currentThread = Thread.currentThread;

//返回本線程對應的變數

Object o = valueMap.get(currentThread);

//如果在Map中不存在，放到Map中保存起來

if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {

o = initialValue;

valueMap.put(currentThread, o);

}

return o;

}

public void remove {

valueMap.remove(Thread.currentThread);

}

public Object initialValue {

return null;

}

ThreadLocal源碼

以下是JDK1.5中的TheadLocal部分源碼：

可以看到，源碼中的方法與我們上述模擬的ThreadLocal簡單版本一致。而在方法內部做了一些更加複雜的控制。

1.首先從類的成員變數有3個int類型的變數。其中threadLocalHashCode是類的實例變數，nextHashCode表示了下一個ThreadLocal實例的threadLocalHashCode的值，而HASH_INCREMENT是一個常量，表示每次threadLocalHashCode的增量。

threadLocalHashCode調用了nextHashCode這個方法。這個方法的目的是將下一個hashCode的值賦值給了threadLocalHashCode，然後nextHashCode進行自增。

類的實例變數會在類每次實例化的時候初始化，所以每次實例化ThreadLocal的時候，它的threadLocalHashCode都會自增。

ThreadLocal是作為一個工具拿來給不同的對象來使用，為了區分不同的ThreadLocal的實例，所以需要定義threadLocalHashCode來區別不同的ThreadLocal實例。

2.在上面代碼中，我們可以看到有一個ThreadLocalMap的類，這個類是ThreadLocal的內部類，受篇幅限制，並沒有截圖出來。這個內部類的實例卻在Thread類中定義。

從上可以看到，每一個線程的實例的都有自己的成員變數threadLocals，也就是說是threadLocals這個對象依賴於每個線程存在。當調用set方法時，如果當前線程的threadLocals不為空，就把當前ThreadLocal實例做為key，要保持的對象做為值，設置到當前線程的ThreadLocalMap中；如果沒有threadLocals，就創建並且設置。調用get方法的時候，從當前ThreadLocal對象和當前線程，取得對應的緩存對象。

ThreadLocal類通過操作每一個線程特有的ThreadLocalMap對象，從而實現了變數訪問在不同線程中的隔離。因為每個線程的變數都是自己特有的，完全不會有併發錯誤。在JDK1.5之後，放在ThreadLocal中的對象，都是泛型，這樣可以避免使用Object類型的強制類型轉化。

ThreadLocal在Hibernate中的使用

以下為Hibernate中使用ThreadLocal的範例，我們可以學習一下

public class HibernateUtil {

private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);

//定義SessionFactory

private static final SessionFactory sessionFactory;

static {
try {
// 通過默認配置文件Hibernate.cfg.xml創建SessionFactory
sessionFactory = new Configuration.configure.buildSessionFactory;
} catch (Throwable ex) {
log.error("初始化SessionFactory失敗！", ex);
throw new ExceptionInInitializerError(ex);
}
}

//創建線程局部變數session，用來保存Hibernate的Session
public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal;

//獲取當前線程中的Session
public static Session currentSession throws HibernateException {
Session s = (Session) session.get;
// 如果Session還沒有打開，則新開一個Session
if (s == null) {
s = sessionFactory.openSession;
session.set(s); //將新開的Session保存到線程局部變數中
}
return s;
}

public static void closeSession throws HibernateException {
//獲取線程局部變數，並強制轉換為Session類型
Session s = (Session) session.get;
session.set(null);
if (s != null)
s.close;
}
}

示例是在開啟資料庫連接的session對象的過程。其實，所有類似於這種緩存對象的代碼都一樣。首先從ThreadLocal中取當前線程的對象，如果對象為null，就重新創建對象，並把創建好的對象放到ThreadLocal裡面。ThreadLocal持有的對象能夠保持各個線程之間對象的獨立。