Thespringofmulti-thread——線程安全的另一種解決思路

1、The spring of multi-thread The spring of multi-thread 線程安線程安全的另一種解決思路全的另一種解決思路我需要一個(gè)可靠的單例模式！上堂回顧public class InnDao private volatile static InnDao instance;private InnDao()public static InnDao getInstance() if (instance = null)synchronized (InnDao.class) / 1if (instance = null) / 2 instance = new Inn

2、Dao(); / 3return instance;public final Model.Finder finder = new Model.Finder(Integer.class, Inn.class);關(guān)于關(guān)于VolatileVolatile與同步操作共同使用的思考與同步操作共同使用的思考public class ThreadClient extends Thread private static int count; public void run() for(int i=0;i3;i+) System.out.println(當(dāng)前線程名：+Thread.currentThread()

3、.getName() + count=+count); count+; public static void main(String args) ThreadClient tc1 = new ThreadClient(); ThreadClient tc2 = new ThreadClient(); ThreadClient tc3 = new ThreadClient(); tc1.start(); tc2.start(); tc3.start(); 當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-1 count=0當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-1 count=1當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thr

4、ead-1 count=2當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-2 count=3當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-2 count=4當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-2 count=5當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-0 count=6當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-0 count=7當(dāng)前線程名：當(dāng)前線程名：Thread-0 count=8public class ThreadClient extends Thread private static ThreadLocal count = new ThreadLocal(); public ThreadClient(Inte

5、ger value) count.set(value); public void run() for(int i=0;i3;i+) System.out.println(當(dāng)前線程名：+Thread.currentThread().getName() + count=+count.get(); count.set(count.get()+1); try TimeUnit.SECONDS.sleep(1); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); public static void main(String args) ThreadC

6、lient tc1 = new ThreadClient(0); ThreadClient tc2 = new ThreadClient(0); ThreadClient tc3 = new ThreadClient(0); tc1.start(); tc2.start(); tc3.start(); Exception in thread Thread-1 java.lang.NullPointerExceptionat com.fanqie.oms.thread.ThreadLocal.ThreadClient.run(ThreadClient.java:21)Exception in t

7、hread Thread-0 java.lang.NullPointerExceptionat com.fanqie.oms.thread.ThreadLocal.ThreadClient.run(ThreadClient.java:21)當(dāng)前線程名：Thread-1 count=null當(dāng)前線程名：Thread-0 count=nullException in thread Thread-2 java.lang.NullPointerExceptionat com.fanqie.oms.thread.ThreadLocal.ThreadClient.run(ThreadClient.java

8、:21)當(dāng)前線程名：Thread-2 count=nullpublic class ThreadClient extends Thread private static ThreadLocal count = new ThreadLocal() Override protected Integer initialValue() return 0; ; public void run() for(int i=0;i3;i+) System.out.println(當(dāng)前線程名：+Thread.currentThread().getName() + count=+count.get(); count

9、.set(count.get()+1); try TimeUnit.SECONDS.sleep(1); catch (InterruptedException e) e.printStackTrace(); public static void main(String args) ThreadClient tc1 = new ThreadClient(); ThreadClient tc2 = new ThreadClient(); ThreadClient tc3 = new ThreadClient(); tc1.start(); tc2.start(); tc3.start(); 當(dāng)前線

10、程名：Thread-0 count=0當(dāng)前線程名：Thread-1 count=0當(dāng)前線程名：Thread-2 count=0當(dāng)前線程名：Thread-0 count=1當(dāng)前線程名：Thread-2 count=1當(dāng)前線程名：Thread-1 count=1當(dāng)前線程名：Thread-0 count=2當(dāng)前線程名：Thread-2 count=2當(dāng)前線程名：Thread-1 count=2TimeUnitpublic void test(String args) throws InterruptedException System.out.println(Sleeping for 4 minut

11、es using Thread.sleep(); Thread.sleep(4 * 60 * 1000); System.out.println(Sleeping for 4 minutes using TimeUnit sleep(); TimeUnit.SECONDS.sleep(4); TimeUnit.MINUTES.sleep(4); TimeUnit.HOURS.sleep(1); TimeUnit.DAYS.sleep(1); ThreadLocal是什么 當(dāng)使用ThreadLocal維護(hù)變量時(shí)，ThreadLocal為每個(gè)使用該變量的線程提供獨(dú)立的變量副本，所以每一個(gè)線程都可以

12、獨(dú)立地改變自己的副本，而不會(huì)影響其它線程所對應(yīng)的副本。 對外提供的方法很簡單 public T get() ; public void set(T value); public void remove();有利于jvm回收 protected T initialValue(); 返回null ThreadLocal并不能替代同步機(jī)制，兩者面向的并不能替代同步機(jī)制，兩者面向的問題領(lǐng)域不同。同步機(jī)制是為了同步多個(gè)線程對相同問題領(lǐng)域不同。同步機(jī)制是為了同步多個(gè)線程對相同資源的并發(fā)訪問，是為了多個(gè)線程之間進(jìn)行通信的有資源的并發(fā)訪問，是為了多個(gè)線程之間進(jìn)行通信的有效方式；而效方式；而ThreadLoca

13、l是隔離多個(gè)線程的數(shù)據(jù)共享，是隔離多個(gè)線程的數(shù)據(jù)共享，從根本上就不在多個(gè)線程之間共享資源（變量），這從根本上就不在多個(gè)線程之間共享資源（變量），這樣當(dāng)然不需要對多個(gè)線程進(jìn)行同步了。所以，如果你樣當(dāng)然不需要對多個(gè)線程進(jìn)行同步了。所以，如果你需要進(jìn)行多個(gè)線程之間進(jìn)行通信，則使用同步機(jī)制；需要進(jìn)行多個(gè)線程之間進(jìn)行通信，則使用同步機(jī)制；如果需要隔離多個(gè)線程之間的共享沖突，可以使用如果需要隔離多個(gè)線程之間的共享沖突，可以使用ThreadLocal，這將極大地簡化你的程序，使程序更，這將極大地簡化你的程序，使程序更加易讀、簡潔。加易讀、簡潔。同步用時(shí)間換取空間，ThreadLocal用空間換取時(shí)間。自己實(shí)

14、現(xiàn)一個(gè)ThreadLocalpublic class MyThreadLocal private Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap(); public T get() Thread thread = Thread.currentThread(); T value = map.get(thread); if(value = null & !map.containsKey(thread) value = initialValue(); map.put(thread,value); return value; public v

15、oid set(T value) map.put(Thread.currentThread(),value); public void remove() map.remove(Thread.currentThread(); protected T initialValue() return null; 問題：性能低，內(nèi)存無法釋放1.MyThreadLocal中的map大小會(huì)隨著線程的增加而增加，當(dāng)并發(fā)存在時(shí)，效率會(huì)很低。2.當(dāng)前線程結(jié)束后，實(shí)例依然存在，不會(huì)被GC回收，因?yàn)槠渌€程有可能依然還會(huì)在使用。源碼實(shí)現(xiàn)源碼實(shí)現(xiàn)public T get() Thread t = Thread.curre

16、ntThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) return (T)e.value; return setInitialValue(); 注意這里獲取鍵值對傳進(jìn)去的是 this，而不是當(dāng)前線程t。源碼實(shí)現(xiàn)public void set(T value) Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map !

17、= null) map.set(this, value); else createMap(t, value); 源碼實(shí)現(xiàn)public void remove() ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread(); if (m != null) m.remove(this); static class ThreadLocalMappublic class ThreadLocal static class ThreadLocalMapstatic class Entry extends WeakReference Object value; Entr

18、y(ThreadLocal k, Object v) super(k); value = v; private Entry table; 不在ThreadLocal中，它應(yīng)該在哪兒？public class Thread implements Runnable ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;ThreadLocalMap getMap(Thread t) return t.threadLocals; void createMap(Thread t, T firstValue) t.threadLocals =

19、new ThreadLocalMap(this, firstValue); 源碼實(shí)現(xiàn)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; WeakReference在Java里, 當(dāng)一個(gè)對象o被創(chuàng)建時(shí), 它被放在Heap里. 當(dāng)GC運(yùn)行的時(shí)候, 如果發(fā)現(xiàn)

20、沒有任何引用指向o, o就會(huì)被回收以騰出內(nèi)存空間. 或者換句話說, 一個(gè)對象被回收, 必須滿足兩個(gè)條件: 1)沒有任何引用指向它 2)GC被運(yùn)行.Object c = new Car();c = null;WeakReferencepublic static void main(String args) test();public static void test() Student stu = new Student(張三, 12); WeakReference wr = new WeakReference(stu); int i = 1; while (true) if (wr.get()

21、 != null) System.out.println(執(zhí)行第 + i + 次); i+; else System.out.println(對象stu被GC自動(dòng)釋放); System.out.println(wr.get(); break; .執(zhí)行第176342次執(zhí)行第176343次執(zhí)行第176344次執(zhí)行第176345次對象stu被GC自動(dòng)釋放nullWeakReference 另一作用:如果你想寫一個(gè) Java 程序，觀察某對象什么時(shí)候會(huì)被垃圾收集的執(zhí)行緒清除，你必須要用一個(gè) reference 記住此對象，以便隨時(shí)觀察，但是卻因此造成此對象的 reference 數(shù)目一直無法為零， 使

22、得對象無法被清除。 不過，現(xiàn)在有了 Weak Reference 之后，這就可以迎刃而解了。如果你希望能隨時(shí)取得某對象的信息，但又不想影響此對象的垃圾收集，那么你應(yīng)該用 Weak Reference 來記住此對象，而不是用一般的 reference。通常用于Debug、內(nèi)存監(jiān)視等 package java.lang.ref; SoftReference 軟引用 HardReference 強(qiáng)引用 PhantomReference 虛引用ThreadLocal實(shí)現(xiàn)流程ThreadLocal是如何為每個(gè)線程創(chuàng)建變量的副本的：首先，在每個(gè)線程Thread內(nèi)部有一個(gè)ThreadLocal.Thread

23、LocalMap類型的成員變量threadLocals，這個(gè)threadLocals就是用來存儲(chǔ)實(shí)際的變量副本的，鍵值為當(dāng)前ThreadLocal變量，value為變量副本（即T類型的變量）。初始時(shí)，在Thread里面，threadLocals為空，當(dāng)通過ThreadLocal變量調(diào)用get()方法或者set()方法，就會(huì)對Thread類中的threadLocals進(jìn)行初始化，并且以當(dāng)前ThreadLocal變量為鍵值，以ThreadLocal要保存的副本變量為value，存到threadLocals。然后在當(dāng)前線程里面，如果要使用副本變量，就可以通過get方法在threadLocals里面查

24、找。ThreadLoal內(nèi)存模型圖如上圖，如上圖，ThreadLocalMap使用使用ThreadLocal的弱引用作為的弱引用作為key，如果一個(gè)，如果一個(gè)ThreadLocal沒有外部強(qiáng)引用引用他，那么系統(tǒng)沒有外部強(qiáng)引用引用他，那么系統(tǒng)GC的時(shí)候，這個(gè)的時(shí)候，這個(gè)ThreadLocal勢必會(huì)被回收，這樣一來，勢必會(huì)被回收，這樣一來，ThreadLocalMap中就會(huì)出現(xiàn)中就會(huì)出現(xiàn)key為為null的的Entry，就沒有辦法訪問這些就沒有辦法訪問這些key為為null的的Entry的的value，如果當(dāng)前線程再遲遲不結(jié)束，如果當(dāng)前線程再遲遲不結(jié)束的話，這些的話，這些key為為null的的En

25、try的的value就會(huì)一直存在一條強(qiáng)引用鏈：就會(huì)一直存在一條強(qiáng)引用鏈：ThreadLocal Ref - Thread - ThreaLocalMap - Entry - value永遠(yuǎn)無法回收，造成內(nèi)存泄露。永遠(yuǎn)無法回收，造成內(nèi)存泄露。getEntryprivate Entry getEntry(ThreadLocal key) int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1); Entry e = tablei; if (e != null & e.get() = key) return e; else return

26、 getEntryAfterMiss(key, i, e); 整理一下ThreadLocalMap的getEntry函數(shù)的流程：首先從ThreadLocal的直接索引位置(通過ThreadLocal.threadLocalHashCode & (len-1)運(yùn)算得到)獲取Entry e，如果e不為null并且key相同則返回e；如果e為null或者key不一致則向下一個(gè)位置查詢，如果下一個(gè)位置的key和當(dāng)前需要查詢的key相等，則返回對應(yīng)的Entry，否則，如果key值為null，則擦除該位置的Entry，否則繼續(xù)向下一個(gè)位置查詢在這個(gè)過程中遇到的key為null的Entry都會(huì)被擦除

27、，那么Entry內(nèi)的value也就沒有強(qiáng)引用鏈，自然會(huì)被回收。仔細(xì)研究代碼可以發(fā)現(xiàn)，set操作也有類似的思想，將key為null的這些Entry都刪除，防止內(nèi)存泄露。但是光這樣還是不夠的，上面的設(shè)計(jì)思路依賴一個(gè)前提條件：要調(diào)用ThreadLocalMap的genEntry函數(shù)或者set函數(shù)。這當(dāng)然是不可能任何情況都成立的，所以很多情況下需要使用者手動(dòng)調(diào)用ThreadLocal的remove函數(shù)，手動(dòng)刪除不再需要的ThreadLocal，防止內(nèi)存泄露。所以JDK建議將ThreadLocal變量定義成private static的，這樣的話ThreadLocal的生命周期就更長，由于一直存在Thr

28、eadLocal的強(qiáng)引用，所以ThreadLocal也就不會(huì)被回收，也就能保證任何時(shí)候都能根據(jù)ThreadLocal的弱引用訪問到Entry的value值，然后remove它，防止內(nèi)存泄露?？偨Y(jié) 在普通的同步機(jī)制中，是通過對象加鎖來實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程對統(tǒng)一變量的安全訪問的，這時(shí)該變量是多個(gè)線程共享的，使用這種同步機(jī)制需要很細(xì)致的分析在什么時(shí)候?qū)ψ兞窟M(jìn)行讀寫、什么時(shí)候需要鎖定某個(gè)對象，什么時(shí)候釋放該對象的鎖等等。同步機(jī)制中一般使用synchronized關(guān)鍵字來保證同一時(shí)刻只有一個(gè)線程對共享變量進(jìn)行操作。但在有些情況下，synchronized不能保證多線程對共享變量的正確讀寫。例如類有一個(gè)類變量，該

29、類變量會(huì)被多個(gè)類方法讀寫，當(dāng)多線程操作該類的實(shí)例對象時(shí)，如果線程對類變量有讀取、寫入操作就會(huì)發(fā)生類變量讀寫錯(cuò)誤，即便是在類方法前加上synchronized也無效，因?yàn)橥粋€(gè)線程在兩次調(diào)用方法之間時(shí)鎖是被釋放的，這時(shí)其它線程可以訪問對象的類方法，讀取或修改類變量。 這種情況下可以將類變量放到ThreadLocal類型的對象中，使變量在每個(gè)線程中都有獨(dú)立拷貝，不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)線程讀取變量時(shí)而被另一個(gè)線程修改的現(xiàn)象。總結(jié) 同步機(jī)制是為了同步多個(gè)線程對相同資源的并發(fā)訪問，是為了多個(gè)線程之間進(jìn)行通信的有效方式； 而threadLocal是隔離多個(gè)線程的數(shù)據(jù)共享，從根本上就不在多個(gè)線程之間共享變量，這樣當(dāng)然

30、不需要對多個(gè)線程進(jìn)行同步了。 ThreadLocal是解決線程安全問題一個(gè)很好的思路，它通過為每個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本解決了變量并發(fā)訪問的沖突問題。在很多情況下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機(jī)制解決線程安全問題更簡單，更方便，且結(jié)果程序擁有更高的并發(fā)性。使用場景我們做web開發(fā)時(shí)的 web層的Action-業(yè)務(wù)邏輯層的Service-數(shù)據(jù)訪問層的DAO，當(dāng)我們要在這三層中共享參數(shù)時(shí)，那么我們就可以使用ThreadLocal 了。 1.在某個(gè)接口中定義一個(gè)靜態(tài)的ThreadLocal 對象， 例如 public static ThreadLocal threadLocal=new ThreadL