Java多線程基礎（十三）——Thread-Specific Storage（ThreadLocal

warnerwu 發布于2019-08-16 12:40 / 1658人閱讀

摘要：案例中的類就是線程獨有對象的代理者參與者參與者會處理多個委托的工作。然而，的實現思路讓每個對象，自身持有一個，這個的就是當前對象，是本地線程變量值。

一、定義

Thread-Specific Storage就是“線程獨有的存儲庫”，該模式會對每個線程提供獨有的內存空間。
java.lang.ThreadLocal類提供了該模式的實現，ThreadLocal的實例是一種集合（collection）架構，該實例管理了很多對象，可以想象成一個保管有大量保險箱的房間。

java.lang.ThreadLocal類的方法：

public void set()

該方法會檢查當前調用線程，默認以該線程的Thread.currentThread()值作為鍵，來保存指定的值。

public Object get()

該方法會檢查當前調用線程，默認以該線程的Thread.currentThread()值作為鍵，獲取保存指定的值。

二、模式案例

TSLog類：

//實際執行記錄日志的類，每個線程都會擁有一個該類的實例
public class TSLog {
    private PrintWriter writer = null;
    public TSLog(String filename) {
        try {
            writer = new PrintWriter(new FileWriter(filename));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void println(String s) {
        writer.println(s);
    }
    public void close() {
        writer.println("==== End of log ====");
        writer.close();
    }
}

Log類：

public class Log {
    private static final ThreadLocal tsLogCollection = new ThreadLocal();
    public static void println(String s) {
        getTSLog().println(s);
    }
    public static void close() {
        getTSLog().close();
    }
    private static TSLog getTSLog() {
        TSLog tsLog = (TSLog) tsLogCollection.get();
        if (tsLog == null) {
            tsLog = new TSLog(Thread.currentThread().getName() + "-log.txt");
            tsLogCollection.set(tsLog);
        }
        return tsLog;
    }
}

ClientThread類：

public class ClientThread extends Thread {
    public ClientThread(String name) {
        super(name);
    }
    public void run() {
        System.out.println(getName() + " BEGIN");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Log.println("i = " + i);
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
        Log.close();
        System.out.println(getName() + " END");
    }
}

執行：
Alice、Bobby、Chris三個線程調用Log類的同一個方法，但實際上每個線程都擁有獨自的TSLog實例。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new ClientThread("Alice").start();
        new ClientThread("Bobby").start();
        new ClientThread("Chris").start();
    }
}

三、模式講解

Thread-Specific Storage模式的角色如下：

Client（委托人）參與者

Client參與者會將工作委托給TSObjectProxy參與者。（案例中的ClientThread類就是Client）

TSObjectProxy（線程獨有對象的代理者）參與者

TSObjectProxy參與者會處理多個Client委托的工作。（案例中的Log類就是TSObjectProxy）

TSObjectCollection（線程獨有對象的集合）參與者

（案例中的java.lang.ThreadLocal類就是TSObjectCollection）

TSObject（線程獨有的對象）參與者

TSObject存放線程所特有的信息，TSObject實例的方法只會由單線程調用，由TSObjectCollection管理，每個線程都擁有獨立的TSObject實例。（案例中的TSLog類就是TSObject）

四、ThreadLocal的原理

ThreadLocal類主要有四個方法：

1、初始化返回值的方法：
該方法實現只返回 null，并且修飾符為protected，很明顯，如果用戶想返回初始值不為null，則需要重寫該方法；

protected T initialValue() {
    return null;
}

2、get方法，獲取線程本地副本變量

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

3、set方法，設置線程本地副本變量

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

4、remove方法，移除線程本地副本變量

public void remove() {
 ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
 if (m != null)
     m.remove(this);
}

如果需要我們自己來設計ThreadLocal對象，那么，一般的實現思路：
設計一個線程安全的Map，key就是當前線程對象，Value就是線程本地變量的值。

然而，JDK的實現思路：

讓每個Thread對象，自身持有一個Map，這個Map的Key就是當前ThreadLocal對象，Value是本地線程變量值。相對于加鎖的實現方式，這樣做可以提升性能，其實是一種以時間換空間的思路。

ThreadLocal類有個getMap()方法，其實就是返回Thread對象自身的Map——threadLocals。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

threadLocals是一種ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的數據結構，作為內部類定義在ThreadLocal類中，其內部采用一種WeakReference的方式保存鍵值對。

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