ThreadLocal理解(一)
2014-05-09 16:57
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最近在看nutch源码时第一次遇到了ThreadLocal的应用,之前从未遇到过这个东东(可见Java功底有多差),一开始不理解为什么要这么用,于是便到处baidu+google,最后还是求之于JDK源码,总算对ThreadLocal的实现原理及设计初衷有了个大概的理解,为了加深记忆且便于日后查阅,打算针对ThreadLocal写几篇博客以作记录。
本篇就主要讲讲本人对ThreadLocal本身的设计初衷的理解。
1.为什么要设计ThreadLocal:
众所周知,大部分程序设计,为了传递业务或者非业务信息,都会在各个函数之间传递各种甚至数量繁多的变量,这些变量用来保存业务信息或者代码中间处理状态等。试想,如果需要进行传递的这种变量很多,那么每次都做为参数传递,一方面会增加函数参数列表的长度,从而给看代码的人带来阅读上的负担;另一方面,如果也会给函数传递带来开销。
因此,如果是为了在线程内部传递某些状态信息或者业务信息,或者为了保存线程自身某种特征或者以线程为单位的信息,完全可以用一种类似全局变量的实现来达到此目的,因此,就必须要单独设计,ThreadLocal就是为了达到找个目的而产生的。
顾名思义,ThreadLocal就是局限于线程本身的变量。在JDK1.5后对其进行了扩展,使之可以支持任意类型。
2.ThreadLocal保存线程变量的思想:
通过阅读JDK源码(后续会做详细分析),我们会发现,ThreadLocal内部采用了一个类似于HashMap的数据结构(Entry Table)来存放线程变量,而在Thread类中本有一个成员变量threadLocals用来指向这个结构,这个Table的key是某个具体的ThreadLocal变量的this经过变换而来,Value就是用于该ThreadLocal变量的具体值(用户设置的值)。因此,如果某个线程有多个ThreadLocal,那么每个都对应与这个Table中的一个Entry项。参看下图:
一个线程中的ThreadLocalMap(即上述的HashMap)
3.ThreadLocal基本操作解析:
ThreadLocal本身包含4个基本操作,protected Object initialValue(),public void set(Object o), public Object get(), public void remove()。
第一个函数是protected,其余三个都是public的。原因如下:当用户定了一个ThreadLoacal<T>变量后,JVM并没有真正创建这个变量所在线程的HashMap,即Entry Table,因此,如果当用户第一次对ThreadLocal的操作是get函数后,JVM会调用initialValue函数来具体的实例化T变量,默认的initialValue直接return null。而intialValue函数就是为了让用户来重载,实现自己对T的定义,这一点可以从JDK源码看出:
当用户调用get函数时,首先获取当前线程的HashMap,如果为空,则调用initialValue进行初始化,默认的initialValue函数返回NULL,而用户重载了intialValue函数后,就避免了初始值为NULL的情况。下面来看get函数,该函数首先判断当前线程的HashMap是否为空,如果为空,则会调用初始化函数创建一个ThreadLocalMap赋值给当前线程的threadLocals变量(createMap(t.value)),并且调用initialValue函数生成初始值,并装填到HashMap中,如果不为空,则直接设置,map.set(this.value)。
接着来看set函数:
先获取当前线程对应的HashMap(专门存放ThreadLocal变量的)如果为空,则说明还没有该Map,则直接创建,如果不为空,则以当前ThreadLocal变量作为key,进行设置。通过get和set函数,不难看出,无论在调用get还是set时,如果一个Thread对应的ThreadLocal的HashMap还没有创建,则首先创建,然后再填值,如果已经创建,则通过线程t就可以直接获取到该HashMap,因此,只有在第一次调用set,或者get函数时,才创建当前线程的HashMap,而且只创建一次,以后凡是该Thread的所有ThreadLocal变量都会存放到这个Map中,直至该线程生命周期结束。
最后来看看remove函数:
很容易看出,remove操作就是将当前线程的HashMap中当前的ThreadLocal删除。上面这些内容可以说只是对ThreadLocal最肤浅的理解和认识,真正实现具体功能的还是ThreadLocal的一个内部类ThreadLocalMap,笔者还没来得及对这个类进行分析,后面会专门花时间学习。对这个类及ThreadLocal更深入的理解就放到后续博文中来探讨吧。
上面的理解和认识如有不正确的地方,还望各位大牛批评指正。
本篇就主要讲讲本人对ThreadLocal本身的设计初衷的理解。
1.为什么要设计ThreadLocal:
众所周知,大部分程序设计,为了传递业务或者非业务信息,都会在各个函数之间传递各种甚至数量繁多的变量,这些变量用来保存业务信息或者代码中间处理状态等。试想,如果需要进行传递的这种变量很多,那么每次都做为参数传递,一方面会增加函数参数列表的长度,从而给看代码的人带来阅读上的负担;另一方面,如果也会给函数传递带来开销。
因此,如果是为了在线程内部传递某些状态信息或者业务信息,或者为了保存线程自身某种特征或者以线程为单位的信息,完全可以用一种类似全局变量的实现来达到此目的,因此,就必须要单独设计,ThreadLocal就是为了达到找个目的而产生的。
顾名思义,ThreadLocal就是局限于线程本身的变量。在JDK1.5后对其进行了扩展,使之可以支持任意类型。
2.ThreadLocal保存线程变量的思想:
通过阅读JDK源码(后续会做详细分析),我们会发现,ThreadLocal内部采用了一个类似于HashMap的数据结构(Entry Table)来存放线程变量,而在Thread类中本有一个成员变量threadLocals用来指向这个结构,这个Table的key是某个具体的ThreadLocal变量的this经过变换而来,Value就是用于该ThreadLocal变量的具体值(用户设置的值)。因此,如果某个线程有多个ThreadLocal,那么每个都对应与这个Table中的一个Entry项。参看下图:
一个线程中的ThreadLocalMap(即上述的HashMap)
Key | Value |
ThreadLocal1 | XXX |
ThreadLocal2 | YYY |
ThreadLocal3 | ZZZ |
ThreadLocal本身包含4个基本操作,protected Object initialValue(),public void set(Object o), public Object get(), public void remove()。
第一个函数是protected,其余三个都是public的。原因如下:当用户定了一个ThreadLoacal<T>变量后,JVM并没有真正创建这个变量所在线程的HashMap,即Entry Table,因此,如果当用户第一次对ThreadLocal的操作是get函数后,JVM会调用initialValue函数来具体的实例化T变量,默认的initialValue直接return null。而intialValue函数就是为了让用户来重载,实现自己对T的定义,这一点可以从JDK源码看出:
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(); } private T setInitialValue() { T value = initialValue(); Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); return value; }
当用户调用get函数时,首先获取当前线程的HashMap,如果为空,则调用initialValue进行初始化,默认的initialValue函数返回NULL,而用户重载了intialValue函数后,就避免了初始值为NULL的情况。下面来看get函数,该函数首先判断当前线程的HashMap是否为空,如果为空,则会调用初始化函数创建一个ThreadLocalMap赋值给当前线程的threadLocals变量(createMap(t.value)),并且调用initialValue函数生成初始值,并装填到HashMap中,如果不为空,则直接设置,map.set(this.value)。
接着来看set函数:
public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); }
先获取当前线程对应的HashMap(专门存放ThreadLocal变量的)如果为空,则说明还没有该Map,则直接创建,如果不为空,则以当前ThreadLocal变量作为key,进行设置。通过get和set函数,不难看出,无论在调用get还是set时,如果一个Thread对应的ThreadLocal的HashMap还没有创建,则首先创建,然后再填值,如果已经创建,则通过线程t就可以直接获取到该HashMap,因此,只有在第一次调用set,或者get函数时,才创建当前线程的HashMap,而且只创建一次,以后凡是该Thread的所有ThreadLocal变量都会存放到这个Map中,直至该线程生命周期结束。
最后来看看remove函数:
public void remove() { ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread()); if (m != null) m.remove(this); }
很容易看出,remove操作就是将当前线程的HashMap中当前的ThreadLocal删除。上面这些内容可以说只是对ThreadLocal最肤浅的理解和认识,真正实现具体功能的还是ThreadLocal的一个内部类ThreadLocalMap,笔者还没来得及对这个类进行分析,后面会专门花时间学习。对这个类及ThreadLocal更深入的理解就放到后续博文中来探讨吧。
上面的理解和认识如有不正确的地方,还望各位大牛批评指正。
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