转-ThreadLocal工作原理

 

http://blog.csdn.net/imzoer/article/details/7996400

http://www.importnew.com/20963.html

 

1、ThreadLocal的作用

ThreadLocal类的作用是为每个线程都创建一个变量副本, 每个线程都可以修改自己所拥有的变量副本, 而不会影响其他线程的副本. 其实这也是解决线程安全的问题的一种方法.

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?其实实现的思路很简单:在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每一个线程的变量副本。

看看get()函数的源码:

public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
}
return setInitialValue();
}

getMap(t);函数传入thread参数,获取到thread的map。然后调用map的getEntry()函数,得到最终的entry。Map中元素的键为threadlocal对象,而值对应线程的变量副本。

————————–2012.12.06勘误———————————-

勘误!看了源码, 发现ThreadLocalMap是定义在threadlocal类中的,但是却是存储在thread中的。也就是说,每个线程都保存了一份对threadlocalmap的引用。这里确实只是引用,threadlocalmap的初始化还是在threadlocal类中的createmap函数中。

看下面的threadlocal中的关于getmap函数 的代码:

   /**
* Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
* InheritableThreadLocal.
*
* @param  t the current thread
* @return the map
*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}

从上面的函数我们看出,map是从Thread t中获得的。也就是说map虽然是在threadlocal的内部类,但是却是保存在Thread中的!!

————————–2012.12.06勘误———————————-

看下面的代码:

  1. package zoer;
  2. public class SequenceNumber {
  3.     // 通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法,指定初始值
  4.     private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() {
  5.         public Integer initialValue() {
  6.             return 0;
  7.         }
  8.     };
  9.     // 获取下一个序列值
  10.     public int getNextNum() {
  11.         seqNum.set(seqNum.get() + 1);//这里set函数,在内部实现的时候,key是当前的threadlocal
  12.         return seqNum.get();//get的时候,也是用了当前的threadlocal作为key去取出value
  13.     }
  14. }
  1. package zoer;
  2. public class SNTest {
  3.     public static void main(String[] args) {
  4.         SequenceNumber sn = new SequenceNumber();
  5.         // 3个线程共享sn,各自产生序列号
  6.         TestClient t1 = new TestClient(sn);
  7.         TestClient t2 = new TestClient(sn);
  8.         TestClient t3 = new TestClient(sn);
  9.         t1.start();
  10.         t2.start();
  11.         t3.start();
  12.     }
  13. }
  1. package zoer;
  2. public class TestClient extends Thread {
  3.     private SequenceNumber sn;
  4.     public TestClient(SequenceNumber sn) {
  5.         this.sn = sn;
  6.     }
  7.     public void run() {
  8.         for (int i = 0; i < 30; i++) {
  9.             // 每个线程打出3个序列值
  10.             System.out.println(“thread[“ + Thread.currentThread().getName()
  11.                     + “] sn[“ + sn.getNextNum() + “]”);
  12.         }
  13.     }
  14. }

一共三个线程,共享同一个SequenceNumber对象,但是每个线程打印出来的内容都是各自的内容,互不干扰。例子比较好的解释了ThreadLocal为各个线程保存一个变量副本的功能。其实,针对ThreadLocal,感觉他没有实在的价值,也是有情可原的。为什么呢?ThreadLocal为每个线程存储了一个本地副本,意思是说,每个线程都有自己的这么一个变量,那么我们还用ThreadLocal干嘛?直接自己在写线程代码的时候创建一个不就完了吗?

当然ThreadLocal并不能替代同步机制,两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问,是为了多个线程之间进行通信的有效方式;而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享,从根本上就不在多个线程之间共享资源(变量),这样当然不需要对多个线程进行同步了。所以,如果你需要进行多个线程之间进行通信,则使用同步机制;如果需要隔离多个线程之间的共享冲突,可以使用ThreadLocal,这将极大地简化你的程序,使程序更加易读、简洁。

2、Java序列化过程

Java的序列化算法

序列化算法一般会按步骤做如下事情:

=将对象实例相关的类的元数据输出。【这里的元数据比如说有类的名字、类所包含的属性的个数、每个属性的名字的长度、每个属性的具体名字】

=递归地输出类的超类的元数据直到不再有超类。

=类元数据输出完了以后,开始从最顶层的超类开始输出对象实例的实际数据值。

=从上至下递归输出实例的数据【这里有一点需要注意的是,在序列化对象的过程中,会把对象所包含的其他对象一起序列化(除非有声明了(transient)的】

这就是为什么可以通过对象序列化的过程来“深拷贝”一个对象,看看这里,这是一篇神作

 

这篇文章中,总结了一下面试过程中遇到的关于ThreadLocal的内容。总体上说,这样回答,面试算是过得去了。但是,这样的回答,明显仅仅是背会了答案,而没有去研究ThreadLocal的最根本的实现原理。

一共有两个问题。

1、每个线程的变量副本是存储在哪里的?

2、变量副本是怎么从共享的那个变量赋值出来的?源码中的threadlocal的初始值是什么时机设置的?

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最关键的问题是:ThreadLocal是怎么实现了多个线程之间每个线程一个变量副本的?它是如何实现共享变量的。

ThreadLocal提供了set和get访问器用来访问与当前线程相关联的线程局部变量。

可以从ThreadLocal的get函数中看出来,其中getmap函数是用t作为参数,这里t就是当前执行的线程。

从而得知,get函数就是从当前线程的threadlocalmap中取出当前线程对应的变量的副本【注意,变量是保存在线程中的,而不是保存在ThreadLocal变量中】。当前线程中,有一个变量引用名字是threadLocals,这个引用是在ThreadLocal类中createmap函数内初始化的。每个线程都有一个这样的threadLocals引用的ThreadLocalMap,以ThreadLocal和ThreadLocal对象声明的变量类型作为参数。这样,我们所使用的ThreadLocal变量的实际数据,通过get函数取值的时候,就是通过取出Thread中threadLocals引用的map,然后从这个map中根据当前threadLocal作为参数,取出数据。现在,变量的副本从哪里取出来的(本文章提出的第一个问题)已经确认解决了。

【ThreadLocal整体上给我的感觉就是,一个包装类。声明了这个类的对象之后,每个线程的数据其实还是在自己线程内部通过threadLocals引用到的自己的数据。只是通过ThreadLocal访问这个数据而已】

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那么还剩下第二个问题。变量副本是什么时候“复制”到threadlocal中的呢?这里“复制”两个字用的很不专业。准确的说,应该是,变量副本【每个线程中保存的那个map中的变量】是怎么声明和初始化的?

看下面set函数的源码:


当线程中的threadlocalmap是null的时候,会调用createmap创建一个map。同时根据函数参数设置上初始值。也就是说,当前线程的threadlocalmap是在第一次调用set的时候创建map并且设置上相应的值的。

对于这篇文章中的例子,每个线程打印的东西都是相互独立的,是因为SequenceNumber的getNextNum()函数中先set了一个值,再get。写到这里,终于清楚了ThreadLocal的运作方法了。

解释如下:

1、在代码中声明的ThreadLocal对象,实际上只有一个。

2、在每个线程中,都维护了一个threadlocals对象,在没有ThreadLocal变量的时候是null的。一旦在ThreadLocal的createMap函数中初始化之后,这个threadlocals就初始化了。以后每次那个ThreadLocal对象想要访问变量的时候,比如set函数和get函数,都是先通过getMap(t)函数,先将线程的map取出,然后再从这个在线程(Thread)中维护的map中取出数据【以当前threadlocal作为参数】。

到此,第二个问题也解决了。

从这个函数中可以看出来,Thread中的threadlocals变量是在ThreadLocal对象中调用createMap函数来初始化的。其实在Thread的代码中可以搜搜看,是没有threadlocals这个变量的很多应用场景的。主要就是用在ThreadLocal中用来set和get函数中。

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那么上面的问题解决之后,又来了一个问题。不同的线程局部变量,比如说声明了n个(n>=2)这样的线程局部变量threadlocal,那么在Thread中的threadlocals中是怎么存储的呢?threadlocalmap中是怎么操作的?

在ThreadLocal的set函数中,可以看到,其中的map.set(this, value);把当前的threadlocal传入到map中作为键,也就是说,在不同的线程的threadlocals变量中,都会有一个以你所声明的那个线程局部变量threadlocal作为键的key-value。假设说声明了N个这样的线程局部变量变量,那么在线程的ThreadLocalMap中就会有n个分别以你的线程局部变量作为key的键值对。

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至此,所有的关于threadlocal的问题都已经解决了。