【JUC系列】线程变量ThreadLocal详解

news2024/9/27 12:07:20

ThreadLocal简介

ThreadLocal叫做线程变量,意思是ThreadLocal中填充的变量属于当前线程,该变量对其他线程而言是隔离的,也就是说该变量是当前线程独有的变量。ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本,那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

简单使用

    @Test
    public void testThreadLocal() {
        ThreadLocal<String> localVar = new ThreadLocal<>();
        System.out.println("main-var-before:" + localVar.get());
        localVar.set("2222");
        new Thread(() -> {
            System.out.println("thread-var-before:" + localVar.get());
            localVar.set("111");
            System.out.println("thread-var-after:" + localVar.get());
        }).start();

        System.out.println("main-var-after:" + localVar.get());
    }

输出结果:

main-var-before:null
main-var-after:2222
thread-var-before:null
thread-var-after:111

在这里插入图片描述

源码分析

ThreadLocal

ThreadLocal#set

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

ThreadLocal#getMap

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }

ThreadLocal#createMap

void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

ThreadLocal#get

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();
}

ThreadLocalMap

构造方法,以ThreadLocal对象为key,value存储变量。

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

Entry

构造方法

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

强软弱虚

  • 强引用:gc时不会回收
  • 软引用:只有在内存不够用时,gc才会回收
  • 弱引用:只要gc就会回收
  • 虚引用:是否回收都找不到引用的对象,仅用于管理直接内存。

MDC

简单示例

    @Test
    public void testMDC() {
        MDC.put("111", "222");
        String mdc = MDC.get("111");
        System.out.println(mdc);
    }

源码解析

LogbackMDCAdapter#put

public void put(String key, String val) throws IllegalArgumentException {
    if (key == null) {
        throw new IllegalArgumentException("key cannot be null");
    } else {
        Map<String, String> oldMap = (Map)this.copyOnThreadLocal.get();
        Integer lastOp = this.getAndSetLastOperation(1);
        if (!this.wasLastOpReadOrNull(lastOp) && oldMap != null) {
            oldMap.put(key, val);
        } else {
            Map<String, String> newMap = this.duplicateAndInsertNewMap(oldMap);
            newMap.put(key, val);
        }

    }
}

LogbackMDCAdapter#get

public String get(String key) {
    Map<String, String> map = (Map)this.copyOnThreadLocal.get();
    return map != null && key != null ? (String)map.get(key) : null;
}

InheritableThreadLocal

简单介绍

InheritableThreadLocal主要用于子线程创建时,需要自动继承父线程的ThreadLocal变量

简单示例

@Test
public void testInheritableThreadLocal() {
    ThreadLocal<String> localVar = new InheritableThreadLocal<>();
    System.out.println("main-var-before:" + localVar.get());
    localVar.set("2222");
    new Thread(() -> {
        System.out.println("thread-var-before:" + localVar.get());
        localVar.set("111");
        System.out.println("thread-var-after:" + localVar.get());
    }).start();

    System.out.println("main-var-after:" + localVar.get());
}

输出结果:

main-var-before:null
main-var-after:2222
thread-var-before:2222
thread-var-after:111

原理分析

InheritableThreadLocal存储和获取数据,是通过线程中的属性inheritableThreadLocals

public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {
    protected T childValue(T parentValue) {
        return parentValue;
    }

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
       return t.inheritableThreadLocals;
    }

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
}

Thread#init(),在线程创建的时候调用。子线程会复制父线程的inheritableThreadLocals的数据。

    private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize, AccessControlContext acc,
                      boolean inheritThreadLocals) {
        if (name == null) {
            throw new NullPointerException("name cannot be null");
        }

        this.name = name;

        Thread parent = currentThread();
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (g == null) {
            /* Determine if it's an applet or not */

            /* If there is a security manager, ask the security manager
               what to do. */
            if (security != null) {
                g = security.getThreadGroup();
            }

            /* If the security doesn't have a strong opinion of the matter
               use the parent thread group. */
            if (g == null) {
                g = parent.getThreadGroup();
            }
        }

        /* checkAccess regardless of whether or not threadgroup is
           explicitly passed in. */
        g.checkAccess();

        /*
         * Do we have the required permissions?
         */
        if (security != null) {
            if (isCCLOverridden(getClass())) {
                security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
            }
        }

        g.addUnstarted();

        this.group = g;
        this.daemon = parent.isDaemon();
        this.priority = parent.getPriority();
        if (security == null || isCCLOverridden(parent.getClass()))
            this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader();
        else
            this.contextClassLoader = parent.contextClassLoader;
        this.inheritedAccessControlContext =
                acc != null ? acc : AccessController.getContext();
        this.target = target;
        setPriority(priority);
        if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
            this.inheritableThreadLocals =
                ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
        /* Stash the specified stack size in case the VM cares */
        this.stackSize = stackSize;

        /* Set thread ID */
        tid = nextThreadID();
    }

TransmittableThreadLocal

应用背景

父子线程传递本地变量可以通过InheritableThreadlocoal进行传递,但是如果采用线程池,不一定能传递,因为在线程在线程池中的存在不是每次使用都会进行创建,InheritableThreadlocal是在线程初始化时intertableThreadLocals=true才会进行拷贝传递。所以若本次使用的子线程是已经被池化的线程,从线程池中取出线下进行使用,是没有经过初始化的过程,也就不会进行父子线程的本地变量拷贝。

简单使用

  1. 首次调用的时候,通过InheritableThreadLocal获取到父线程的数据
  2. 第二次调用的时候,父线程的数据发生变更,线程池创建的线程是获取不到最新的父线程的数据的。
    @Test
    public void testTransmittableThreadLocal() {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService = TtlExecutors.getTtlExecutorService(executorService);
//        InheritableThreadLocal<String> username = new InheritableThreadLocal<>();
        TransmittableThreadLocal<String> username = new TransmittableThreadLocal<>();

        // ①
        username.set("zhangShang");
        executorService.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                log.info(username.get());
            }
        });

        // ②
        username.set("liSi");
        executorService.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                log.info(username.get());
            }
        });
    }

源码解析

TtlExecutors#getTtlExecutorService,创建线程池

    public static ExecutorService getTtlExecutorService(ExecutorService executorService) {
        return (ExecutorService)(executorService != null && !(executorService instanceof ExecutorServiceTtlWrapper) ? new ExecutorServiceTtlWrapper(executorService) : executorService);
    }

ExecutorServiceTtlWrapper#submit(java.lang.Runnable),提交任务

    public Future<?> submit(Runnable task) {
        return this.executorService.submit(TtlRunnable.get(task));
    }

TtlRunnable#get(java.lang.Runnable),封装任务。

    public static TtlRunnable get(Runnable runnable) {
        return get(runnable, false, false);
    }

TtlRunnable#run,执行任务。执行任务会将TransmittableThreadLocal的数据备份。备份数据,等到子线程运行结束,恢复之前的数据。

    public void run() {
        Map<TransmittableThreadLocal<?>, Object> copied = (Map)this.copiedRef.get();
        if (copied != null && (!this.releaseTtlValueReferenceAfterRun || this.copiedRef.compareAndSet(copied, (Object)null))) {
            Map backup = TransmittableThreadLocal.backupAndSetToCopied(copied);

            try {
                this.runnable.run();
            } finally {
                TransmittableThreadLocal.restoreBackup(backup);
            }

        } else {
            throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after run!");
        }
    }

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