ThreadLocal 是一个老生常谈的问题,在源码学习以及实际项目研发中,往往都能见到它的踪影,用途比较广泛,所以有必要深入一番。

敢问,ThreadLocal 都用到了哪里?有没有运用它去解决过业务问题呢?

没用过、答不上来也没关系,因为通过今天的分享,能让你轻松 get 如下几点,收获满满。

a)ThreadLocal 快速入门;

b)ThreadLocal 源码解读;

c)ThreadLocal 使用场景;

d)ThreadLocal 阿里规约中的奇技淫巧。

1. ThreadLocal 快速入门

理论暂且不谈,ThreadLocal 到底该怎么用?don't talk, show me the code!

上图是老项目真实在用的一个场景,主要借助 ThreadLocal 统计请求处理的耗时。仔细去看 ThreadLocal 使用起来其实蛮简单,接下来通过一段代码,让你快速掌握 ThreadLocal 的使用。

如上面代码所示,模拟一个业务请求处理耗时的场景,我们跑起来,看一看。

虽然代码能跑起来,充其量只是带你熟练使用了一把 ThreadLocal 的 API,并没有充分体会到 ThreadLocal 的核心设计理念。

看官别急,容我稍微修饰修饰代码,请看仔细。

代码调整很简单,就是把 main 方法中的代码,挪到线程体内去执行,然后看看获取请求开始时设置的时间值,是否会在多线程情况下而发生错乱?代码不会骗人的,跑起来看一看。

依据程序结果,就可以简单对 ThreadLocal 做个小结。

第一:对于 ThreadLocal 而言,最常用的 API,就是 get、set、remove,其实还有 initialValue(常用来在创建 ThreadLocal 对象时设置初始值);

第二:针对程序输出的结果而言,站在线程的角度去看,就好像每一个线程都完全拥有 ThreadLocal 的变量,感觉就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本,使每一个线程都可以独立的改变自己的副本,而不会和其它线程的副本发生冲突。

第三:坊间说 ThreadLocal 是 Thread Local Variable(线程局部变量)的意思,或许将它命名为 ThreadLocalVar 会更加合适。

总结起来就一句「通过 ThreadLocal 能达到线程隔离的机制」,这句话真的对吗?其实是要持怀疑态度的。

don’t talk, show me the code!代码不会骗人的,拿出证据来。

上面代码是假想的一个场景,主要看代码。按照 ThreadLocal 的设计理念,会直接断言每个线程的序列号独立维护,互不影响。

可是结果却差点意思,居然没有达到线程隔离的效果,程序真实输出如下。

现象:当 ThreadLocal 设置的 value 都指向同一个对象(示例中的 FlowNo 对象),这个时候 ThreadLocal 就失灵啦(其实是有点难理解,没关系,后面有图解释)。

烟未灭,酒过半,是时候走进 JDK 源码看一看。

2. ThreadLocal 源码解读

首先从常用的 set 方法作为切入点,若搞懂这个方法,把 ThreadLocal 差不多就看穿啦。

如红色圈住部分代码,简单释义。

a)首先获取当前线程的对象 t;

b)然后获取 t 对应的成员变量 ThreadLocalMap;

c)接着判断 ThreadLocalMap 是否为空,不为空则将 ThreadLocal 和新的 value 放入到 ThreadLocalMap 中;

d)如果 ThreadLocalMap 为空,则对线程的成员变量 ThreadLocalMap 进行初始化操作,并将 ThreadLocal 和 value 放入 ThreadLocalMap 中。

哎呦,我去!ThreadLocal 刚用明白,这 ThreadLocalMap 又是什么鬼?别急,我们慢慢细看。

通过上面源码,可以清楚的知道 ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 中的一个静态内部类,而 ThreadLocalMap 里面定义了一个静态的内部类 Entry 来保存数据,在 Entry 内部使用 ThreadLocal 作为 key,而 value 就是要设置的值(WeakReference,稍微留意一下,后面会再次提及)。

说了这么多,感觉苦涩的文字,不如粗糙的图一张(想着点开篇的代码,说不定就醍醐灌顶啦,记住这个图就行啦)。

还记得开篇案例最后一个现象吗?当 ThreadLocal 设置的 value 都指向同一个对象,ThreadLocal 就失灵啦。

依据上图,如果设置的 value 初始值均都指向同一个对象时(指的是Entry的value),多线程情况下,不发生影响才怪。

另外,对照着上面的图,再去看 get 方法,就相对好理解很多啦,不再贴代码,直接去看 remove 方法的源码。

remove 方法很简单,主要把 ThreadLocal 对象做为 key 从 ThreadLocalMap 清除对应的 Entry。

remove 方法的用途在哪里?结合下面下面这个继承关系图去说说。

依据上图所示,很明显 Entry 的 Key 是一个 WeakReference 弱引用(ThreadLocal 使用到了弱引用),极端情况下可能会发生内存泄露,所以代码上最终建议调用 remove 方法释放内存,避免发生内存泄露。

本次源码剖析就到这里,接下来我们看看 ThreadLocal 的主要使用场景。

3. ThreadLocal 使用场景

ThreadLocal 使用场景其实非常多,下面简单列举几个。

a) Java 日志门面 org.sl4j.MDC 底层使用 ThreadLocal 来保证线程之间的数据隔离及数据传递;

b) Hiberante 的Session工具类 HibernateUtil,借用 ThreadLocal 用于 session 管理(老项目还在用);

c)分布式链路跟踪;

d)类似项目研发中统计方法耗时,记录登录 Session 信息,用户 ID 等等;

e) JDK 7 之后提供的随机数生成器 ThreadLocalRandom,底层也借用 ThreadLocal 来实现。

4. ThreadLocal 阿里规约中的奇技淫巧

【强制】必须回收自定义的 ThreadLocal 变量,尤其在线程池场景下,线程经常会被复用, 如果不清理自定义的 ThreadLocal 变量,可能会影响后续业务逻辑和造成内存泄露等问题。尽量在代理中使用 try-finally 块进行回收。

正例:
objectThreadLocal.set(userInfo);
try {
// ...
} finally {
objectThreadLocal.remove();
}

【参考】ThreadLocal 对象使用 static 修饰,ThreadLocal 无法解决共享对象的更新问题。

说明:这个变量是针对一个线程内所有操作共享的,所以设置为静态变量,所有此类实例共享此静态变量,也就是说在类第一次被使用时装载,只分配一块存储空间,所有此类的对象(只要是这个线程内定义的)都可以操控这个变量。

阿里开发规约对于 ThreadLocal 推荐使用约定,势必对你会有一定的参考价值。另外,继华山版之后泰山版的开发规约已经新鲜出炉啦,大家可以自行下载。

5. 写在最后

行文至此,接近尾声,本次主要带你对 ThreadLocal 进行快速入门,并通过剖析源码,带你知晓 ThreadLocal 背后的东西,最后对阿里开发规约中 ThreadLocal 的使用约定简单罗列,相信会对你实践有一定的指导意义。

本次分享就到这里,希望对你有所帮助吧。

一起聊技术、谈业务、喷架构,少走弯路,不踩大坑。会持续输出原创精彩分享,敬请期待!

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