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Java并发编程与技术内幕:ThreadFactory、ThreadLocal


 

 
     摘要:本文主要讲了ThreadFactory、ThreadLocal的实例和源码解析
一、ThreadFactory
1.1 源码解读
ThreadFactory这个故名思义,就是一个线程工厂。用来创建线程。这里为什么要使用线程工厂呢?其实就是为了统一在创建线程时设置一些参数,如是否守护线程。线程一些特性等,如优先级。通过这个TreadFactory创建出来的线程能保证有相同的特性。下面来看看它的源码吧
它首先是一个接口类,而且方法只有一个。就是创建一个线程。
[java] 
public interface ThreadFactory {  
  
    Thread newThread(Runnable r);  
}  
在JDK中,有实现ThreadFactory就只有一个地方。而更多的时候,我们都是继承它然后自己来写这个线程工厂的。
下面的代码中在类Executors当中。默认的 我们创建线程池时使用的就是这个线程工厂
[java] 
static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {  
    private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);//原子类,线程池编号  
    private final ThreadGroup group;//线程组  
    private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);//线程数目  
    private final String namePrefix;//为每个创建的线程添加的前缀  
  
    DefaultThreadFactory() {  
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();  
        group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :  
                              Thread.currentThread().getThreadGroup();//取得线程组  
        namePrefix = "pool-" +  
                      poolNumber.getAndIncrement() +  
                     "-thread-";  
    }  
  
    public Thread newThread(Runnable r) {  
        Thread t = new Thread(group, r,  
                              namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),  
                              0);//真正创建线程的地方,设置了线程的线程组及线程名  
        if (t.isDaemon())  
            t.setDaemon(false);  
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)//默认是正常优先级  
            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);  
        return t;  
    }  
}  
 
在上面的代码中,可以看到线程池中默认的线程工厂实现是很简单的,它做的事就是统一给线程池中的线程设置线程group、统一的线程前缀名。以及统一的优先级。
1.2 应用实例
下面来看看自己写的一个线程工厂
[java] view plain copy
package com.func.axc.threadfactory;  
  
import java.util.ArrayList;  
import java.util.Date;  
import java.util.Iterator;  
import java.util.List;  
import java.util.concurrent.ThreadFactory;  
  
/** 
 * 功能概要: 
 *  
 
 * @since 2016年6月18日 
 */  
public class ThreadFactoryTest {  
  
    static class MyThreadFactory implements ThreadFactory {  
  
        private int counter;  
        private String name;  
        private List<String> stats;  
  
        public MyThreadFactory(String name) {  
            counter = 0;  
            this.name = name;  
            stats = new ArrayList<String>();  
        }  
  
        @Override  
        public Thread newThread(Runnable run) {  
            Thread t = new Thread(run, name + "-Thread-" + counter);  
            counter++;  
            stats.add(String.format("Created thread %d with name %s on%s ",t.getId(), t.getName(), new Date()));  
            return t;  
        }  
  
        public String getStas() {  
            StringBuffer buffer = new StringBuffer();  
            Iterator<String> it = stats.iterator();  
            while (it.hasNext()) {  
                buffer.append(it.next());  
                buffer.append(" ");  
            }  
            return buffer.toString();  
        }  
  
    }  
      
    static class MyTask implements Runnable {  
          
        private int num;  
          
        public MyTask(int num) {  
            this.num = num;  
        }  
  
        @Override  
        public void run() {  
            System.out.println("Task "+ num+" is running");  
            try {  
                Thread.sleep(2*10000);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                // TODO Auto-generated catch block  
                e.printStackTrace();  
            }  
              
        }  
          
    }  
  
    /** 
     * @since 2016年6月18日 
     * @param args 
     */  
    public static void main(String[] args) {  
        System.out.println("main thread beging");  
        MyThreadFactory factory = new MyThreadFactory("MyThreadFactory");    
   
        Thread thread = null;    
        for(int i = 0; i < 10; i++) {    
            thread = factory.newThread(new MyTask(i));    
            thread.start();    
        }    
        System.out.printf("Factory stats: ");    
        System.out.printf("%s ",factory.getStas());    
        System.out.println("main thread end");  
    }  
  
}  
输出结果:
 
这里通过线程工厂统一设置了线程前缀名,并将创建的线程放到一个list当中。
 
二、ThreadLocal源码与应用
 2.1 应用实例      
     其实这个和上面的ThreadFactoy基本没什么关联。ThreadFactory与ThreadGroup还有点关联。ThreadLocal基本上和这两个没什么联系的,但是在高并发场景,如果只考虑线程安全而不考虑延迟性、数据共享的话,那么使用ThreadLocal会是一个非常不错的选择。
     当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。
应用实例:
[java] view plain copy
package com.func.axc.threadlocal;  
  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;  
  
/** 
 * 功能概要: 
 *  
 * @since  2016年6月18日  
 */  
public class ThreadLocalTest {  
      
    //创建一个Integer型的线程本地变量  
     static final ThreadLocal<Integer> local = new ThreadLocal<Integer>() {  
        @Override  
        protected Integer initialValue() {  
            return 0;  
        }  
    };  
      
    static class Task implements Runnable{  
        private int num;  
          
        public Task(int num) {  
            this.num = num;  
        }  
  
        @Override  
        public void run() {  
            //获取当前线程的本地变量,然后累加10次  
            Integer i = local.get();  
            while(++i<10);  
            System.out.println("Task " + num + "local num resutl is " + i);  
        }  
    }  
      
    static void Test1(){  
        System.out.println("main thread begin");  
        ExecutorService executors = Executors.newCachedThreadPool();  
        for(int i =1;i<=5;i++) {  
            executors.execute(new Task(i));  
        }  
        executors.shutdown();  
        System.out.println("main thread end");  
    }  
      
    public static void main(String[] args){  
        Test1();  
    }  
   
}  
输出结果:
可以看到各个线程之间的变量是独门的,不会相影响。
 
 
通过上面的一个实例,简单的了解了ThreadLocal的用法,下面再来看下其源码实现。
2.2 源码解析
首先是其包含的方法:
 
它的构造函数不做什么:
[java] view plain copy
public ThreadLocal() {  
}  
其实主要的也就下面几个方法:
[java] view plain copy
public T get() { }  
public void set(T value) { }  
public void remove() { }  
protected T initialValue() { }  
(1)get
[java] view plain copy
public T get() {  
    Thread t = Thread.currentThread();  
    ThreadLocalMap map = getMap(t);  
    if (map != null) {  
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);  
        if (e != null) {  
            @SuppressWarnings("unchecked")  
            T result = (T)e.value;  
            return result;  
        }  
    }  
    return setInitialValue();  
}  
 
这个上方法就是用来取得变量的副本的,注意到它先取得了当前线程对象,接下来使用了getMap返回一个ThreadLocalMap
[java] view plain copy
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {  
    return t.threadLocals;  
}  
 
然后可以知道ThreadLocalMap这个竟然是从线程中取到的,好,再打开线程类看看
发现Thread类中有这样一个变量:
[java] view plain copy
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;  
也变是说每一个线程都有自己一个ThreadLocalMap。
在我们第一次调用get()函数 时,getMap函数返回的是一个null的map.接着就调用setInitialValue()
看看setInitialValue,它才是真正去初始化map的地方!
[java] view plain copy
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;  
}  
 
其中initialValue这个方法就是我们要重写的,一般我们在这里通过一个new 方法返回一个新的变量实例
[java] view plain copy
protected T initialValue() {  
    return null;  
}  
因为是第一次调用get(),所以getMap后的map还是为null。这时就调用到createMap
[java] view plain copy
void createMap(Thread t, T firstValue) {  
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);  
}  
终于创建ThreadLocalMap!
[java] view plain copy
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {  
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];  
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);  
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);  
    size = 1;  
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);  
}  
这里就将Thread和我们的ThreadLocal通过一个map关联起来。意思是每个Thread中都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap。其中Key为ThreadLocal这个实例,value为每次initialValue()得到的变量!
接下来如果我们第二次调用get()函数,这里就会进入if方法中去!
[java] view plain copy
public T get() {  
    Thread t = Thread.currentThread();  
    ThreadLocalMap map = getMap(t);  
    if (map != null) {  
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);  
        if (e != null) {  
            @SuppressWarnings("unchecked")  
            T result = (T)e.value;  
            return result;  
        }  
    }  
    return setInitialValue();  
}  
进入If方法中后。就会根据当前的thradLocal实例为Key,取得thread中对应map的vale.其中getEntry方法只是取得我们的key-value对。注意,这时的table其实就是在ThreadLocal实例中都会记录着每个和它关联的Thread类中的ThreadLocalMap变量
[java] view plain copy
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {  
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);  
    Entry e = table[i];  
    if (e != null && e.get() == key)  
        return e;  
    else  
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);  
}  
是取得我们的key-value对之后就可取value了,然后就是返回result.如果这时取不到entry,那么又会调用到setInitalValue()方法,过程又和上面的一样了。这里就不说了!
(2)set
这个方法就是重新设置每一个线程的本地ThreadLocal变量的值
[java] view plain copy
public void set(T value) {  
    Thread t = Thread.currentThread();  
    ThreadLocalMap map = getMap(t);  
    if (map != null)  
        map.set(this, value);  
    else  
        createMap(t, value);  
}  
这里取得当前线程,然后根据当前的thradLocal实例取得其map。然后重新设置 map.set(this, value);这时这个线程的thradLocal里的变量副本就被重新设置值了!
(3)remove
就是清空ThreadLocalMap里的value,这样一来。下次再调用get时又会调用 到initialValue这个方法返回设置的初始值
[java] view plain copy
public void remove() {  
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());  
    if (m != null)  
        m.remove(this);  
}  
 
总结:
1、每个线程都有自己的局部变量
每个线程都有一个独立于其他线程的上下文来保存这个变量,一个线程的本地变量对其他线程是不可见的(有前提,后面解释)
2、独立于变量的初始化副本
ThreadLocal可以给一个初始值,而每个线程都会获得这个初始化值的一个副本,这样才能保证不同的线程都有一份拷贝。
3、状态与某一个线程相关联
ThreadLocal 不是用于解决共享变量的问题的,不是为了协调线程同步而存在,而是为了方便每个线程处理自己的状态而引入的一个机制,理解这点对正确使用ThreadLocal至关重要。