Java多執行緒（4）：ThreadLocal
- 2022 年 10 月 27 日
- 筆記
- JAVA, threadLocal, 多執行緒, 技術
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為了提高CPU的利用率，工程師們創造了多執行緒。但是執行緒們說：要有光！（為了減少執行緒創建（T1啟動）和銷毀（T3切換）的時間），於是工程師們又接著創造了執行緒池ThreadPool。就這樣就可以了嗎？——不，工程師們並不滿足於此，他們不把自己創造出來的執行緒給扒個底朝天決不罷手。
有了執行緒關鍵字解決執行緒安全問題，有了執行緒池解決效率問題，那還有什麼問題是可以需要被解決的呢？——還真被這幫瘋子攻城獅給找到了！
當多個執行緒共享同一個資源的時候，為了保證執行緒安全，有時不得不給資源加鎖，例如使用Synchronized關鍵字實現同步鎖。這本質上其實是一種時間換空間的搞法——用單一資源讓不同的執行緒依次訪問，從而實現內容安全可控。就像這樣：
但是，可以不可以反過來，將資源拷貝成多份副本的形式來同時訪問，達到一種空間換時間的效果呢？當然可以，就像這樣：
而這，就是ThreadLocal最核心的思想。
但這種方式在很多應用級開發的場景中用得真心不多，而且有些公司還禁止使用ThreadLocal，因為它搞不好還會帶來一些負面影響。
其實，從拷貝若干副本這種功能來看，ThreadLocal是實現了在執行緒內部存儲數據的能力的，而且相互之間還能通訊。就像這樣：
還是以程式碼的形式來解讀一下ThreadLocal。有一個資源類Resource：
/** * 資源類 * * @author 湘王 */ public class Resource { private String name; private String value; public Resource(String name, String value) { super(); this.name = name; this.value = value; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public String getValue() { return value; } public void setValue(String value) { this.value = value; } }
分別有ResuorceUtils1、ResuorceUtils2和ResuorceUtils3分別以不同的方式來連接資源，那麼看看效率如何。
/** * 連接資源工具類，通過靜態方式獲得連接 * * @author 湘王 */ public class ResourceUtils1 { // 定義一個靜態連接資源 private static Resource resource = null; // 獲取連接資源 public static Resource getResource() { if(resource == null) { resource = new Resource("xiangwang", "123456"); } return resource; } // 關閉連接資源 public static void closeResource() { if(resource != null) { resource = null; } } } /** * 連接資源工具類，通過實例化方式獲得連接 * * @author 湘王 */ public class ResourceUtils2 { // 定義一個連接資源 private Resource resource = null; // 獲取連接資源 public Resource getResource() { if(resource == null) { resource = new Resource("xiangwang", "123456"); } return resource; } // 關閉連接資源 public void closeResource() { if(resource != null) { resource = null; } } } /** * 連接資源工具類，通過執行緒中的static Connection的副本方式獲得連接 * * @author 湘王 */ public class ResourceUtils3 { // 定義一個靜態連接資源 private static Resource resource = null; private static ThreadLocal<Resource> resourceContainer = new ThreadLocal<Resource>(); // 獲取連接資源 public static Resource getResource() { synchronized(ResourceManager.class) { resource = resourceContainer.get(); if(resource == null) { resource = new Resource("xiangwang", "123456"); resourceContainer.set(resource); } return resource; } } // 關閉連接資源 public static void closeResource() { if(resource != null) { resource = null; resourceContainer.remove(); } } } /** * 連接資源管理類 * * @author 湘王 */ public class ResourceManager { public void insert() { // 獲取連接 // System.out.println("Dao.insert()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource()); // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource(); Resource resource = ResourceUtils3.getResource(); System.out.println("Dao.insert()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource); } public void delete() { // 獲取連接 // System.out.println("Dao.delete()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource()); // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource(); Resource resource = ResourceUtils3.getResource(); System.out.println("Dao.delete()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource); } public void update() { // 獲取連接 // System.out.println("Dao.update()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource()); // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource(); Resource resource = ResourceUtils3.getResource(); System.out.println("Dao.update()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource); } public void select() { // 獲取連接 // System.out.println("Dao.select()-->" + Thread.currentThread().getName() + ResourceUtils1.getResource()); // Resource resource = new ResourceUtils2().getResource(); Resource resource = ResourceUtils3.getResource(); System.out.println("Dao.select()-->" + Thread.currentThread().getName() + resource); } public void close() { ResourceUtils3.closeResource(); } public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 3; i++) { new Thread(new Runnable() { ResourceManager rm = new ResourceManager(); @Override public void run() { rm.insert(); rm.delete(); rm.update(); rm.select(); rm.close(); } }).start(); } } }
執行ResourceManager類中的main()方法後，可以清楚地看到：
第一種靜態方式：大部分資源都能復用，但毫無規律；
第二種實例方式：即使是同一個執行緒，資源實例也不一樣；
第三種ThreadLocal靜態方式：相同的執行緒有相同的實例。
結論是：ThreadLocal實現了執行緒的資源復用。
也可以通過畫圖的方式來看清楚三者之間的不同：
這是靜態方式下的資源管理：
這是實例方式下的資源管理：
這是ThreadLocal靜態方式下的資源管理：
理解了之後，再來看一個數據傳遞的例子，也就是ThreadLocal實現執行緒間通訊的例子：
/** * 數據傳遞 * * @author 湘王 */ public class DataDeliver { static class Data1 { public void process() { Resource resource = new Resource("xiangwang", "123456"); //將對象存儲到ThreadLocal ResourceContextHolder.holder.set(resource); new Data2().process(); } } static class Data2 { public void process() { Resource resource = ResourceContextHolder.holder.get(); System.out.println("Data2拿到數據: " + resource.getName()); new Data3().process(); } } static class Data3 { public void process() { Resource resource = ResourceContextHolder.holder.get(); System.out.println("Data3拿到數據: " + resource.getName()); } } static class ResourceContextHolder { public static ThreadLocal<Resource> holder = new ThreadLocal<>(); } public static void main(String[] args) { new Data1().process(); } }
運行程式碼之後，可以看到Data1的數據都被Data2和Data3拿到了，就像這樣：
ThreadLocal在實際應用級開發中較少使用，因為容易造成OOM：
1、由於ThreadLocal是一個弱引用（WeakReference<ThreadLocal<?>>），因此會很容易被GC回收；
2、但ThreadLocalMap的生命周期和Thread相同，這就會造成當key=null時，value卻還存在，造成記憶體泄漏。所以，使用完ThreadLocal後需要顯式調用remove操作（但很多碼農不知道這一點）。
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