今天聊一聊并發編程中經常遇到也是面試時容易被為難的一個題目,線程間局部變量的傳遞問題。
相信對并發編程有一定了解的同學已經想到了大名鼎鼎的 ThreadLocal 了,是的,線程內部就是通過 inheritableThreadLocals 實現了父子線程間局部變量的傳遞。
JDK 8
首先我們寫看一段代碼:
public class ThreadLocalTest implements Runnable{ private static final InheritableThreadLocal<String> MAIN_THREAD_LOCAL = new InheritableThreadLocal<>(); @SneakyThrows @Override public void run() { System.out.println("threadlocal 默認值:"+ThreadLocalTest.MAIN_THREAD_LOCAL.get()); MAIN_THREAD_LOCAL.set("child thread value :"+Thread.currentThread().getName()); System.out.println("threadlocal 設置子線程值之后:"+ThreadLocalTest.MAIN_THREAD_LOCAL.get()); } public String get(){ return MAIN_THREAD_LOCAL.get(); } public void clean(){ MAIN_THREAD_LOCAL.remove(); } public static void main(String[] args) { ThreadLocalTest threadLocalTest = new ThreadLocalTest(); MAIN_THREAD_LOCAL.set("父線程的值 set 111"); System.out.println("啟動:"+threadLocalTest.get()); for (int i = 0; i < 3; i++) { new Thread(threadLocalTest).start();// ThreadUtil.execAsync(threadLocalTest); } System.out.println("結束:"+threadLocalTest.get()); }}
在上面的這段代碼中,我們就做了三個事情:
大家可以先猜一下這段代碼的運行結果。
首先我們先說下答案,是可以繼承的。上面代碼的執行結果如下:
啟動:父線程的值 set 111結束:父線程的值 set 111threadlocal 默認值:父線程的值 set 111threadlocal 設置子線程值之后:child thread value :Thread-1threadlocal 默認值:父線程的值 set 111threadlocal 默認值:父線程的值 set 111threadlocal 設置子線程值之后:child thread value :Thread-2threadlocal 設置子線程值之后:child thread value :Thread-0
在上面的代碼中,我們的子線程優先打印了父線程中ThreadLocal的值,然后重新設置該值,再次讀取。得出結論就是子線程可以通過ThreadLocal繼承父線程的值,并且子線程自己內容再次重新設置不影響父線程的值。
難道一句簡單的ThreadLocal就可以讓我們對這個問題停止探索嗎?那么線程內部是如何通過ThreadLocal進行傳值的呢?
在上面代碼中,啟動子線程的方式是new Thread(threadLocalTest).start();,所以秘密一定就在這一行代碼里面。源碼之下無秘密,我們一起來看下。
首先進入new Thread()的內部:
public Thread(Runnable target) { init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0); } private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) { init(g, target, name, stackSize, null, true); }
通過上面兩個方法調用,最終進入到下面這個方法中:
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize, AccessControlContext acc, boolean inheritThreadLocals) {}
init方法有個參數inheritThreadLocals,boolean類型的,如果為true,且可繼承的線程局部變量不為空就繼承。
現在我們只需要順著inheritThreadLocals這個參數去找就可以了,在Thread的418行,有這樣一行代碼。(代碼行數可能因版本而位置不同)
可以看到是直接對當前線程的inheritableThreadLocals直接進行的賦值操作,而值是通過ThreadLocal.createInheritedMap獲取的,下面我們看下這個createInheritedMap方法做了哪些操作?
createInheritedMap方法是ThredLocal內部的方法,接收傳遞父線程的ThreadLocalMap為參數,該方法只做了一個事情,就是new了一個新的ThreadLocalMap。
跟進到new ThreadLocalMap(parentMap)方法內部,其實是把傳進的值,一個個的遍歷進行賦值到當前線程中。
對于圖中標記的第二個地方,childValue調用的是InheritableThreadLocal#childValue,該方法內也只做了一件事,就是返回傳進來的值。
(1) 小結
父子線程之所以能傳參,是因為我們使用了InheritableThreadLocal,這樣在new Thread()時,就會進入到給子線程賦值父線程inheritableThreadLocals的邏輯中去。
(2) 擴展
有的同學會說了,我用 ThreadLocal.withInitial創建的,怎么走到線程的if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)判斷時,沒有進去呢,上面不是說是在這判斷然后對子線程進行賦值的嗎?
在這簡單說一下哈,大家在寫代碼時,或者再用第三方框架時,源碼中的注釋一定要看仔細,很多細節都在注釋中標注清楚了。
public static ThreadLocal<String> MAIN_THREAD_LOCAL = ThreadLocal.withInitial(() -> "父線程的值 withInitial 111");
在上面的代碼中,我們進行了ThreadLocal的初始化賦值,然后看下withInitial方法。
所以是當調用get方法時,才會觸發賦值的操作,那么我們看下get方法。
如果當前線程的局部變量沒有值,返回初始化方法初始的值。
所以對于我們來說就是SuppliedThreadLocal#initialValue返回的值。
剛才我們是通過new Thread()啟動的子線程,可是工作中基本都是通過線程池的方式執行任務的啊,那還生效嗎?
答案是生效。
我們使用hutool工具中的ThreadUtil.execAsync(threadLocalTest);進行測試。
直接說結論,感興趣的同學可以自行修改一下代碼中的子線程啟動方式。
先畫個流程圖,大家可以跟著代碼走一下。
當使用線程池時,底層原理還是線程池中放入任務的邏輯,當放入線程池之后,會在AbstractExecutorService#submit()方法中執行execute方法,最終執行在ThreadPoolExecutor#execute(),在這里,就是把任務丟入線程池工作的邏輯,其中有個方法addWorker,該方法中有一行new Worker(),而在該Worker方法的內部,其實就是new Thread(),到了這,就與上面所說的一樣了,到了判斷inheritableThreadLocals的時候了。
使用ThreadLocal的應用場景有很多,父子線程傳參數的場景也有不少,但是有一個很關鍵的點內存溢出是需要重視的。解決ThreadLocal內存溢出的方式也很簡單,就是在使用完成之后調用一下remove。
對于上面的代碼示例,就是調用我們的clean方法。
public void clean(){ MAIN_THREAD_LOCAL.remove();}
remove的代碼如下,取值不為null時,執行刪除邏輯。
我們通過一個示例,驗證了父子線程間可以通過ThreadLocal進行傳遞,測試了不同方式初始化ThreadLocal,并對比了new Thread()與線程池啟動的區別。
其實殊途同歸,線程池最后調用的還是Thread里面的方法。唯一需要注意的就是通過ThreadLocal.withInitial初始化是在get時賦值的,不過這個應該也不重要,了解一下就好,應該也沒有面試官會這么摳這個問題吧。
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