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使用ThreadLocal

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多线程是Java实现多任务的基础,Thread对象代表一个线程,我们可以在代码中调用Thread.currentThread()获取当前线程。例如,打印日志时,可以同时打印出当前线程的名字:

// Thread
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        log("start main...");
        new Thread(() -> {
            log("run task...");
        }).start();
        new Thread(() -> {
            log("print...");
        }).start();
        log("end main.");
    }

    static void log(String s) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + s);
    }
}

对于多任务,Java标准库提供的线程池可以方便地执行这些任务,同时复用线程。Web应用程序就是典型的多任务应用,每个用户请求页面时,我们都会创建一个任务,类似:

public void process(User user) {
    checkPermission();
    doWork();
    saveStatus();
    sendResponse();
}

然后,通过线程池去执行这些任务。

观察process()方法,它内部需要调用若干其他方法,同时,我们遇到一个问题:如何在一个线程内传递状态?

process()方法需要传递的状态就是User实例。有的童鞋会想,简单地传入User就可以了:

public void process(User user) {
    checkPermission(user);
    doWork(user);
    saveStatus(user);
    sendResponse(user);
}

但是往往一个方法又会调用其他很多方法,这样会导致User传递到所有地方:

void doWork(User user) {
    queryStatus(user);
    checkStatus();
    setNewStatus(user);
    log();
}

这种在一个线程中,横跨若干方法调用,需要传递的对象,我们通常称之为上下文(Context),它是一种状态,可以是用户身份、任务信息等。

给每个方法增加一个context参数非常麻烦,而且有些时候,如果调用链有无法修改源码的第三方库,User对象就传不进去了。

Java标准库提供了一个特殊的ThreadLocal,它可以在一个线程中传递同一个对象。

ThreadLocal实例通常总是以静态字段初始化如下:

static ThreadLocal<String> threadLocalUser = new ThreadLocal<>();

它的典型使用方式如下:

void processUser(user) {
    try {
        threadLocalUser.set(user);
        step1();
        step2();
    } finally {
        threadLocalUser.remove();
    }
}

通过设置一个User实例关联到ThreadLocal中,在移除之前,所有方法都可以随时获取到该User实例:

void step1() {
    User u = threadLocalUser.get();
    log();
    printUser();
}

void log() {
    User u = threadLocalUser.get();
    println(u.name);
}

void step2() {
    User u = threadLocalUser.get();
    checkUser(u.id);
}

注意到普通的方法调用一定是同一个线程执行的,所以,step1()step2()以及log()方法内,threadLocalUser.get()获取的User对象是同一个实例。

实际上,可以把ThreadLocal看成一个全局Map<Thread, Object>:每个线程获取ThreadLocal变量时,总是使用Thread自身作为key:

Object threadLocalValue = threadLocalMap.get(Thread.currentThread());

因此,ThreadLocal相当于给每个线程都开辟了一个独立的存储空间,各个线程的ThreadLocal关联的实例互不干扰。

最后,特别注意ThreadLocal一定要在finally中清除:

try {
    threadLocalUser.set(user);
    ...
} finally {
    threadLocalUser.remove();
}

这是因为当前线程执行完相关代码后,很可能会被重新放入线程池中,如果ThreadLocal没有被清除,该线程执行其他代码时,会把上一次的状态带进去。

为了保证能释放ThreadLocal关联的实例,我们可以通过AutoCloseable接口配合try (resource) {...}结构,让编译器自动为我们关闭。例如,一个保存了当前用户名的ThreadLocal可以封装为一个UserContext对象:

public class UserContext implements AutoCloseable {

    static final ThreadLocal<String> ctx = new ThreadLocal<>();

    public UserContext(String user) {
        ctx.set(user);
    }

    public static String currentUser() {
        return ctx.get();
    }

    @Override
    public void close() {
        ctx.remove();
    }
}

使用的时候,我们借助try (resource) {...}结构,可以这么写:

try (var ctx = new UserContext("Bob")) {
    // 可任意调用UserContext.currentUser():
    String currentUser = UserContext.currentUser();
} // 在此自动调用UserContext.close()方法释放ThreadLocal关联对象

这样就在UserContext中完全封装了ThreadLocal,外部代码在try (resource) {...}内部可以随时调用UserContext.currentUser()获取当前线程绑定的用户名。

练习

ThreadLocal练习

小结

ThreadLocal表示线程的“局部变量”,它确保每个线程的ThreadLocal变量都是各自独立的;

ThreadLocal适合在一个线程的处理流程中保持上下文(避免了同一参数在所有方法中传递);

使用ThreadLocal要用try ... finally结构,并在finally中清除。


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