Java多執行緒之隔離技術ThreadLocal原始碼詳解
本篇文章是對ThreadLocal和InheritableThreadLocal,TransmittableThreadLocal的原理和原始碼進行深入分析,並舉例講解,其中前兩個是JDK自帶的。原理相對比較簡單,其解決了單執行緒環境和在單執行緒中又建立執行緒(父子執行緒)中執行緒隔離的問題, TransmittableThreadLocal主要是解決,執行緒池中執行緒複用的場景。全文涉及到原始碼比較多閱讀起來需要動腦筋思考,文章前半部分比較簡單,後半部分比較困難,注意看程式碼註釋。有不懂的可以留言。
以上是百度百科檢索到的描述,相信通過上面的描述大家已經有了一個大概的瞭解,也相信大多數開發人員對這個類也是比較瞭解的,小編首先從原理開始講解,開始吧!
目錄
- 使用原理簡介
- 根據JDK原理,自己實現一個
- 單執行緒隔離
- 父子執行緒隔離
- 執行緒池執行緒複用隔離
- 丟擲問題和總結，讓你更深入瞭解細節
1. ThreadLocal 的原理是什麼呢 ?
其實就相當於一個Map集合,只不過這個Map 的Key是固定的,都是當前執行緒。
它能解決什麼問題呢? 它存在的價值是什麼呢?
- 它的存在就是為了執行緒隔離,讓每個執行緒都能擁有屬於自己的變數空間,執行緒之間互相不影響,為什麼這麼說呢? 看下程式碼就明白
通過上面的程式碼,可以發現其實ThreadLocal的set()方法就相當於
之所以能起到執行緒隔離的作用,是因為Key就是當前的執行緒,所以每個執行緒的值都是隔離的，就像上圖那樣。
其實並不是這樣簡單,之所以這樣講是為了,大家理解,其實這裡的核心點在getMap中,從Thread中拿到一個Map，然後把value放到這個執行緒的map中
因為每個執行緒都有一個自己的Map，也就是threadLocals。從而起到了執行緒隔離的作用
2. 根據JDK原理,自己實現一個類似的
測試用例
Result:
3. 單執行緒隔離
什麼是單執行緒隔離，這個是小編自己想的名字,其實是為了和父子執行緒區分開來，上面我們演示的都是屬於在單一執行緒的情況下的使用。
4.父子執行緒隔離
什麼是父子執行緒,需要解釋下是，當我們建立一個執行緒,線上程內有去執行另一個執行緒的時候，作為子執行緒，如何去拿到父執行緒的私有屬性呢?
我們怎麼能拿到父執行緒的屬性呢?
- 我們看前面標記的①,在get()時候有一個getMap(),在②有一個createMap方法
既然我們想拿到父執行緒的私有變數,那我們想線上程內建立執行緒時候,子執行緒能不能拿到父執行緒的的私有變數呢?
答案:當然是可以的,
我們看Thread的原始碼的時候，可以找到這樣兩個屬性
那麼它是如何實現繼承的呢？我們可以在Thread的構造初始化init方法中，找到答案
看到這裡我們分析，為什麼ThreadLocal不能把父執行緒的私有變數傳遞給子執行緒?
- 因為getMap和createMap都是對threadLocals進行操作，而threadLocals變數是不能被繼承的。
那麼我們怎麼去實現能傳遞呢?
其實JDK是為我們實現了一套的,這個類就是InheritableThreadLocal,我們看他為什麼能實現呢? 在看程式碼前，我們先自己思考下，是不是InheritableThreadLocal操作的是可繼承的欄位inheritableThreadLocals呢？答案也是肯定的
在父執行緒內建立子執行緒的時候,子執行緒會在拿到父執行緒中的可繼承的私有變數空間屬性,也就是inheritableThreadLocals欄位。
測試用例
5. 執行緒池執行緒複用隔離
在解決上面的問題後，我們來研究一個更有難度的問題,就是執行緒池執行緒複用的情況，怎麼實現?
為什麼會遇到這個問題呢? 是因為線上程池中核心執行緒用完，並不會直接被回收,而是返回到執行緒池中，既然是重新利用，
那麼久不會重新建立執行緒，不會建立執行緒，父子之間就不會傳遞(如果這點沒有明白,請繼續看上面父子執行緒)。
那麼這時父子執行緒關係的ThreadLocal值傳遞已經沒有意義。
那麼根據這個原理 ，我們繼續來深入研究一波。
解決方案是什麼呢？
在submit的時候把父執行緒copy給子執行緒
在execute的時候結束後吧執行緒的ThreadLocal清理，就能解決這個問題上面是網上搜到的答案，小編在證實上面答案的時候走了很多坑，根本沒有找到清理的程式碼。最後小編髮現,根本就沒有清理的程式碼，而是重新賦值的形式來實現清理。
到底是怎麼來實現的呢？我們看TransmittableThreadLocal核心程式碼
拿到建立執行緒時候的備份所有執行緒空間 【深複製】因為淺複製會結果會被修改
在執行時候將之前的備份恢復，將最新的值返回到backup變數中
執行完成後，再將backup最新的值重新寫入到TransmittableThreadLocal中
程式碼看起來很簡潔，但是理解起來並不容易，每一步都有很多細節？我們一個一個來看
- copy方法。
TransmittableThreadLocal內維護了一個holder儲存所有TransmittableThreadLocal例項當set時候addValue方法
如果還沒新增就新增，null在這裡只是佔位,沒有其他用，因為this就包含了所有值
copy方法就是將holder裡面維護的TransmittableThreadLocal例項和值通過深複製的形式返回，為什麼是深複製,因為引用複製可能會在其他地方值被修改。
backupAndSetToCopied方法從copide中恢復資料，然後新值返回出去，放到backup變數中
當執行緒已經執行完，在呼叫restoreBackup方法恢復backup變數中的值。
這點理解其他優點困難，儘管小編已經很努力的講清楚，但是可以通過下面一個例子可以將以上幾種方法的用處講清。
請注意文中的註釋!
問題
子執行緒修改變數空間值，是否會影響父執行緒值？
答案：當然影響。因為子執行緒獲取父執行緒的inheritableThreadLocals時候，方法ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals)其實是淺複製，也就是引用複製，其主要用途是從key.childValue，就是執行ThreadLocal的繼承者，重寫childValue方法，從而能改變父執行緒的本地空間ThreadLocal
交給子類去實現了
總結:
ThreadLocal 基礎實現 (原理: 儲存著執行緒中)
inheritableThreadLocals 實現了父子直接的傳遞 （原理: 可繼承的變數空間,在Thread初始化init方法時候給子賦值）
TransmittableThreadLocal 實現執行緒複用 (原理: 在每次執行緒執行時候重新給ThreadLocal賦值)
好了，時間不早了， 今天的課程到此。 喜歡的童鞋請點選關注，謝謝你的支援。 沒有任何廣告，純粹分析技術，一起共同成長進步 。