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Java 并发编程·ThreadLocal

1916。
2020-10-18 jamin 已收录 已售202次 关注1931次
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  • 正文概述
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  • ThreadLocal

    对于多任务,Java 标准库提供的线程池可以方便地执行这些任务,同时复用线程。那么如何在一个线程内传递状态?

    如下栗子,一个内部需要调用若干其他方法,同时传递参数 user。

    public void process(User user) {
        checkPermission(user);
        doWork(user);
        saveStatus(user);
        sendResponse(user);
    }
    

    这种在一个线程中,横跨若干方法调用,需要传递的对象,我们通常称之为上下文(Context),它是一种状态,可以是用户身份、任务信息等。

    给每个方法增加一个 context 参数非常麻烦,而且有些时候,如果调用链有无法修改源码的第三方库,User 对象就传不进去了。

    Java 标准库提供了一个特殊的 ThreadLocal,它可以在一个线程中传递同一个对象。

    ThreadLocal 实例通常总是以静态字段初始化如下:

    static ThreadLocal<String> threadLocalUser = new ThreadLocal<>();
    

    使用方式:

    void processUser(user) {
        try {
            threadLocalUser.set(user);
            step1();
            step2();
        } finally {
            threadLocalUser.remove();
        }
    }
    
    void step1() {
        User u = threadLocalUser.get();
        printUser();
    }
    
    void step2() {
        User u = threadLocalUser.get();
        checkUser(u.id);
    }
    

    注意到普通的方法调用一定是同一个线程执行的,所以,step1()、step2() 方法内,threadLocalUser.get() 获取的 User 对象是同一个实例。

    实际上,可以把 ThreadLocal 看成一个全局 Map<Thread, Object>,每个线程获取 ThreadLocal 变量时,总是使用 Thread 自身作为 key:

    Object threadLocalValue = threadLocalMap.get(Thread.currentThread());
    

    因此,ThreadLocal 相当于给每个线程都开辟了一个独立的存储空间,各个线程的 ThreadLocal 关联的实例互不干扰。

    最后,特别注意 ThreadLocal 一定要在 finally 中清除。这是因为当前线程执行完相关代码后,很可能会被重新放入线程池中,如果 ThreadLocal 没有被清除,该线程执行其他代码时,会把上一次的状态带进去。

    为了保证能释放 ThreadLocal 关联的实例,我们可以通过 AutoCloseable 接口配合 try (resource) {...} 结构,让编译器自动为我们关闭。例如,一个保存了当前用户名的 ThreadLocal 可以封装为一个 UserContext 对象:

    public class UserContext implements AutoCloseable {
    
        static final ThreadLocal<String> ctx = new ThreadLocal<>();
    
        public UserContext(String user) {
            ctx.set(user);
        }
    
        public static String currentUser() {
            return ctx.get();
        }
    
        @Override
        public void close() {
            ctx.remove();
        }
    }
    

    使用方式:

    try (var ctx = new UserContext("Bob")) {
        // 可任意调用UserContext.currentUser():
        String currentUser = UserContext.currentUser();
    } // 在此自动调用UserContext.close()方法释放ThreadLocal关联对象
    

    这样就在 UserContext 中完全封装了 ThreadLocal,外部代码在 try (resource) {...} 内部可以随时调用 UserContext.currentUser() 获取当前线程绑定的用户名。

    小结

    ThreadLocal 空间换时间,synchronized 时间换空间。

    • ThreadLocal 表示线程的“局部变量”,它确保每个线程的 ThreadLocal 变量都是各自独立的;
    • ThreadLocal 适合在一个线程的处理流程中保持上下文(避免了同一参数在所有方法中传递);
    • 使用 ThreadLocal 要用 try ... finally 结构,并在 finally 中清除。

    DEMO

    ThreadLocal SimpleDateFormat

    /**
     * 10 个线程执行 1000 次打印格式化日期,每个线程有自己的格式化对象
     */
    public class ThreadLocalNormalUsage03 {
    
        private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
        private static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
    
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                int finalI = i;
                threadPool.submit(() -> {
                    String date = new ThreadLocalNormalUsage03().date(finalI);
                    System.out.println(date);
                });
            }
            threadPool.shutdown();
        }
    
        private String date(int seconds) {
            Date date = new Date(1000 * seconds);
            SimpleDateFormat simpleDateFormat = dateFormatThreadLocal.get();
            return simpleDateFormat.format(date);
        }
    }
    
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