剑指JUC原理-15.ThreadLocal（中）-阿里云开发者社区

剑指JUC原理-15.ThreadLocal（上）:https://developer.aliyun.com/article/1413653

常规解决方案

常规方案的实现

基于上面给出的前提，大家通常想到的解决方案是：

传参: 从service层将connection对象向dao层传递
加锁

以下是代码实现修改的部分：

AccountService 类

public class AccountService {
    public boolean transfer(String outUser, String inUser, int money) {
        AccountDao ad = new AccountDao();
        //线程并发情况下,为了保证每个线程使用各自的connection,故加锁
        synchronized (AccountService.class) {
            Connection conn = null;
            try {
                conn = JdbcUtils.getConnection();
                //开启事务
                conn.setAutoCommit(false);
                // 转出
                ad.out(conn, outUser, money);
                // 模拟转账过程中的异常
//            int i = 1/0;
                // 转入
                ad.in(conn, inUser, money);
                //事务提交
                JdbcUtils.commitAndClose(conn);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                //事务回滚
                JdbcUtils.rollbackAndClose(conn);
                return false;
            }
            return true;
        }
    }
}

AccountDao 类（这里需要注意的是： connection不能在dao层释放，要在service层，不然在dao层释放，service层就无法使用了）

public class AccountDao {
    public void out(Connection conn, String outUser, int money) throws SQLException{
        String sql = "update account set money = money - ? where name = ?";
        //注释从连接池获取连接的代码,使用从service中传递过来的connection
//        Connection conn = JdbcUtils.getConnection();
        PreparedStatement pstm = conn.prepareStatement(sql);
        pstm.setInt(1,money);
        pstm.setString(2,outUser);
        pstm.executeUpdate();
        //连接不能在这里释放,service层中还需要使用
//        JdbcUtils.release(pstm,conn);
        JdbcUtils.release(pstm);
    }
    public void in(Connection conn, String inUser, int money) throws SQLException {
        String sql = "update account set money = money + ? where name = ?";
//        Connection conn = JdbcUtils.getConnection();
        PreparedStatement pstm = conn.prepareStatement(sql);
        pstm.setInt(1,money);
        pstm.setString(2,inUser);
        pstm.executeUpdate();
//        JdbcUtils.release(pstm,conn);
        JdbcUtils.release(pstm);
    }
}

常规方案的弊端

上述方式我们看到的确按要求解决了问题，但是仔细观察，会发现这样实现的弊端：

直接从service层传递connection到dao层, 造成代码耦合度提高
加锁会造成线程失去并发性，程序性能降低

ThreadLocal解决方案

ThreadLocal方案的实现

像这种需要在项目中进行数据传递和线程隔离的场景，我们不妨用ThreadLocal来解决：

工具类的修改：加入ThreadLocal

public class JdbcUtils {
    //ThreadLocal对象 : 将connection绑定在当前线程中
    private static final ThreadLocal<Connection> tl = new ThreadLocal();
    // c3p0 数据库连接池对象属性
    private static final ComboPooledDataSource ds = new ComboPooledDataSource();
    // 获取连接
    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        //取出当前线程绑定的connection对象
        Connection conn = tl.get();
        if (conn == null) {
            //如果没有，则从连接池中取出
            conn = ds.getConnection();
            //再将connection对象绑定到当前线程中
            tl.set(conn);
        }
        return conn;
    }
    //释放资源
    public static void release(AutoCloseable... ios) {
        for (AutoCloseable io : ios) {
            if (io != null) {
                try {
                    io.close();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    public static void commitAndClose() {
        try {
            Connection conn = getConnection();
            //提交事务
            conn.commit();
            //解除绑定 及时释放
            tl.remove();
            //释放连接
            conn.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void rollbackAndClose() {
        try {
            Connection conn = getConnection();
            //回滚事务
            conn.rollback();
            //解除绑定 及时释放
            tl.remove();
            //释放连接
            conn.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

AccountService类的修改：不需要传递connection对象

public class AccountService {
    public boolean transfer(String outUser, String inUser, int money) {
        AccountDao ad = new AccountDao();
        try {
            Connection conn = JdbcUtils.getConnection();
            //开启事务
            conn.setAutoCommit(false);
            // 转出 ： 这里不需要传参了 ！
            ad.out(outUser, money);
            // 模拟转账过程中的异常
//            int i = 1 / 0;
            // 转入
            ad.in(inUser, money);
            //事务提交
            JdbcUtils.commitAndClose();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            //事务回滚
           JdbcUtils.rollbackAndClose();
            return false;
        }
        return true;
    }
}

AccountDao类的修改：照常使用

ThreadLocal方案的好处

从上述的案例中我们可以看到，在一些特定场景下，ThreadLocal方案有两个突出的优势：

传递数据 ：保存每个线程绑定的数据，在需要的地方可以直接获取, 避免参数直接传递带来的代码耦合问题

线程隔离 ：各线程之间的数据相互隔离却又具备并发性，避免同步方式带来的性能损失

ThreadLocal的内部结构

通过以上的学习，我们对ThreadLocal的作用有了一定的认识。现在我们一起来看一下ThreadLocal的内部结构，探究它能够实现线程数据隔离的原理。

常见的误解

如果我们不去看源代码的话，可能会猜测ThreadLocal是这样子设计的：每个ThreadLocal都创建一个Map，然后用线程作为Map的key，要存储的局部变量作为Map的value，这样就能达到各个线程的局部变量隔离的效果。这是最简单的设计方法，JDK最早期的ThreadLocal 确实是这样设计的，但现在早已不是了。

现在的设计

但是，JDK后面优化了设计方案，在JDK8中 ThreadLocal的设计是：每个Thread维护一个ThreadLocalMap，这个Map的key是ThreadLocal实例本身，value才是真正要存储的值Object。

具体的过程是这样的：

每个Thread线程内部都有一个Map (ThreadLocalMap)
Map里面存储ThreadLocal对象（key）和线程的变量副本（value）

Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。
对于不同的线程，每次获取副本值时，别的线程并不能获取到当前线程的副本值，形成了副本的隔离，互不干扰。

这样设计的好处

这个设计与我们一开始说的设计刚好相反，这样设计有如下两个优势：

这样设计之后每个Map存储的Entry数量就会变少。因为之前的存储数量由Thread的数量决定，现在是由ThreadLocal的数量决定。在实际运用当中，往往ThreadLocal的数量要少于Thread的数量。

当Thread销毁之后，对应的ThreadLocalMap也会随之销毁，能减少内存的使用。

ThreadLocal的核心方法源码

基于ThreadLocal的内部结构，我们继续分析它的核心方法源码，更深入的了解其操作原理。

除了构造方法之外， ThreadLocal对外暴露的方法有以下4个：

方法声明	描述
protected T initialValue()	返回当前线程局部变量的初始值
public void set( T value)	设置当前线程绑定的局部变量

public T get()	获取当前线程绑定的局部变量
public void remove()	移除当前线程绑定的局部变量

以下是这4个方法的详细源码分析(为了保证思路清晰, ThreadLocalMap部分暂时不展开,下一个知识点详解)

set方法

源码和对应的中文注释

  /**
     * 设置当前线程对应的ThreadLocal的值
     *
     * @param value 将要保存在当前线程对应的ThreadLocal的值
     */
    public void set(T value) {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 判断map是否存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
    }
 /**
     * 获取当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
     * 
     * @param  t the current thread 当前线程
     * @return the map 对应维护的ThreadLocalMap 
     */
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
  /**
     *创建当前线程Thread对应维护的ThreadLocalMap 
     *
     * @param t 当前线程
     * @param firstValue 存放到map中第一个entry的值
     */
  void createMap(Thread t, T firstValue) {
        //这里的this是调用此方法的threadLocal
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

代码执行流程

首先获取当前线程，并根据当前线程获取一个Map
如果获取的Map不为空，则将参数设置到Map中（当前ThreadLocal的引用作为key）
如果Map为空，则给该线程创建 Map，并设置初始值

get方法

源码和对应的中文注释

    /**
     * 返回当前线程中保存ThreadLocal的值
     * 如果当前线程没有此ThreadLocal变量，
     * 则它会通过调用{@link #initialValue} 方法进行初始化值
     *
     * @return 返回当前线程对应此ThreadLocal的值
     */
    public T get() {
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 如果此map存在
        if (map != null) {
            // 以当前的ThreadLocal 为 key，调用getEntry获取对应的存储实体e
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            // 对e进行判空 
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                // 获取存储实体 e 对应的 value值
                // 即为我们想要的当前线程对应此ThreadLocal的值
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        /*
          初始化 : 有两种情况有执行当前代码
          第一种情况: map不存在，表示此线程没有维护的ThreadLocalMap对象
          第二种情况: map存在, 但是没有与当前ThreadLocal关联的entry
         */
        return setInitialValue();
    }
    /**
     * 初始化
     *
     * @return the initial value 初始化后的值
     */
    private T setInitialValue() {
        // 调用initialValue获取初始化的值
        // 此方法可以被子类重写, 如果不重写默认返回null
        T value = initialValue();
        // 获取当前线程对象
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 获取此线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        // 判断map是否存在
        if (map != null)
            // 存在则调用map.set设置此实体entry
            map.set(this, value);
        else
            // 1）当前线程Thread 不存在ThreadLocalMap对象
            // 2）则调用createMap进行ThreadLocalMap对象的初始化
            // 3）并将 t(当前线程)和value(t对应的值)作为第一个entry存放至ThreadLocalMap中
            createMap(t, value);
        // 返回设置的值value
        return value;
    }

代码执行流程

首先获取当前线程, 根据当前线程获取一个Map
如果获取的Map不为空，则在Map中以ThreadLocal的引用作为key来在Map中获取对应的Entry e，否则转到D
如果e不为null，则返回e.value，否则转到D
Map为空或者e为空，则通过initialValue函数获取初始值value，然后用ThreadLocal的引用和value作为firstKey和firstValue创建一个新的Map

总结: 先获取当前线程的 ThreadLocalMap 变量，如果存在则返回值，不存在则创建并返回初始值。

remove方法

源码和对应的中文注释

 /**
     * 删除当前线程中保存的ThreadLocal对应的实体entry
     */
     public void remove() {
        // 获取当前线程对象中维护的ThreadLocalMap对象
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
        // 如果此map存在
         if (m != null)
            // 存在则调用map.remove
            // 以当前ThreadLocal为key删除对应的实体entry
             m.remove(this);
     }

代码执行流程

首先获取当前线程，并根据当前线程获取一个Map
如果获取的Map不为空，则移除当前ThreadLocal对象对应的entry

initialValue方法

/**
  * 返回当前线程对应的ThreadLocal的初始值
  * 此方法的第一次调用发生在，当线程通过get方法访问此线程的ThreadLocal值时
  * 除非线程先调用了set方法，在这种情况下，initialValue 才不会被这个线程调用。
  * 通常情况下，每个线程最多调用一次这个方法。
  *
  * <p>这个方法仅仅简单的返回null {@code null};
  * 如果程序员想ThreadLocal线程局部变量有一个除null以外的初始值，
  * 必须通过子类继承{@code ThreadLocal} 的方式去重写此方法
  * 通常, 可以通过匿名内部类的方式实现
  *
  * @return 当前ThreadLocal的初始值
  */
protected T initialValue() {
    return null;
}

此方法的作用是返回该线程局部变量的初始值。

这个方法是一个延迟调用方法，从上面的代码我们得知，在set方法还未调用而先调用了get方法时才执行，并且仅执行1次。
这个方法缺省实现直接返回一个null。
如果想要一个除null之外的初始值，可以重写此方法。（备注：该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的）

剑指JUC原理-15.ThreadLocal（下）:https://developer.aliyun.com/article/1413657

剑指JUC原理-15.ThreadLocal（中）

常规解决方案

常规方案的实现

常规方案的弊端

ThreadLocal解决方案

ThreadLocal方案的实现

ThreadLocal方案的好处

ThreadLocal的内部结构

常见的误解

现在的设计

这样设计的好处

ThreadLocal的核心方法源码

set方法

get方法

remove方法

initialValue方法

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