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當ThreadLocal碰上線程池

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ThreadLocal可以讓線程擁有本地變量，在web環境中，為了方便代碼解耦，我們通常用它來保存上下文信息，然后用一個util類提供訪問入口，從controller層到service層可以很方便的獲取上下文。下面我們通過代碼來研究一下ThreadLocal。

新建一個ThreadContext類，用于保存線程上下文信息

public class ThreadContext {
    private static ThreadLocal userResource = new ThreadLocal();

    public static UserObj getUser() {
        return userResource.get();
    }

    public static void bindUser(UserObj user) {
        userResource.set(user);
    }

    public static UserObj unbindUser() {
        UserObj obj = userResource.get();
        userResource.remove();
        return obj;
    }
}

新建一個sessionFilter ，用來操作線程變量

@Override
public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
    HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) servletRequest;
    try {
        // 假設這里是從cookie拿token信息, 調用服務/或者從緩存查詢用戶信息
        // 為了避免后續邏輯中多次查詢/請求緩存服務器, 這里拿到user后放到線程本地變量中
        UserObj user = ThreadContext.getUser();
        // 如果當前線程中沒有綁定user對象,那么綁定一個新的user
        if (user == null) {
            ThreadContext.bindUser(new UserObj("usertest"));
        }

        filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);
    } finally {
        // ThreadLocal的生命周期不等于一次request請求的生命周期
        // 每個request請求的響應是tomcat從線程池中分配的線程, 線程會被下個請求復用.
        // 所以請求結束后必須刪除線程本地變量
        // ThreadContext.unbindUser();
    }
}

新建UserUtils工具類

/**
 * 配合SessionFilter使用,從上下文中取user信息
 */
public class UserUtils {
    public static UserObj getCurrentUser() {
        return ThreadContext.getUser();
    }
}

新建一個servlet測試

public class HelloworldServlet extends HttpServlet {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloworldServlet.class);
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        UserObj user = UserUtils.getCurrentUser();
        logger.info(user.getName() + user.hashCode());
        super.doGet(req, resp);
    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        super.doGet(req, resp);
    }
}

循環請求servlet，控制臺顯示結果如下。可以發現tomcat線程池的初始大小是10個，后面的請求復用了前面的線程，ThreadContext中的user對象的hashcode也一樣。

2016-11-29 17:21:35.975  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest818202673
2016-11-29 17:21:38.923  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1582591702
2016-11-29 17:21:45.810  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-4] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest55755037
2016-11-29 17:21:46.773  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-5] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1495466807
2016-11-29 17:21:47.345  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-6] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1149360245
2016-11-29 17:21:47.613  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-7] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest518375339
2016-11-29 17:21:47.837  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-8] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest92458992
2016-11-29 17:21:48.012  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-9] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest944867034
2016-11-29 17:21:48.199  INFO 36672 --- [io-8080-exec-10] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1410972809
2016-11-29 17:21:48.378  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest805332046
2016-11-29 17:21:48.552  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest818202673
2016-11-29 17:21:48.730  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1582591702
2016-11-29 17:21:48.903  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-4] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest55755037
2016-11-29 17:21:49.072  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-5] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1495466807
2016-11-29 17:21:49.247  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-6] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1149360245
2016-11-29 17:21:49.402  INFO 36672 --- [nio-8080-exec-7] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest518375339

去掉注釋// ThreadContext.unbindUser(); 重新請求，每次從ThreadLocal中拿到的user對象完全不一樣了。

2016-11-29 17:30:37.150  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest413138571
2016-11-29 17:30:42.932  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1402191945
2016-11-29 17:30:43.124  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1957579173
2016-11-29 17:30:43.313  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-4] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1582591702
2016-11-29 17:30:43.501  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-5] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1917479582
2016-11-29 17:30:43.679  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-6] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest772036767
2016-11-29 17:30:43.851  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-7] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest162020761
2016-11-29 17:30:44.024  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-8] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest682232950
2016-11-29 17:30:44.225  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-9] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest2140650341
2016-11-29 17:30:44.419  INFO 36903 --- [io-8080-exec-10] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1327601763
2016-11-29 17:30:44.593  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest647738411
2016-11-29 17:30:44.787  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest944867034
2016-11-29 17:30:45.045  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1886154520
2016-11-29 17:30:45.317  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-4] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1592904273
2016-11-29 17:30:46.380  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-5] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1410972809
2016-11-29 17:30:46.524  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-6] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1705570689
2016-11-29 17:30:46.692  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-7] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1105134375
2016-11-29 17:30:46.802  INFO 36903 --- [nio-8080-exec-8] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest407377722

ThreadLocal子線程場景

需求新增， 需要在原有的業務邏輯中增加一個給用戶發送郵件的操作。發送郵件我們采用異步處理，新建一個線程來執行。

protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    UserObj user = UserUtils.getCurrentUser();
    logger.info(user.getName() + user.hashCode());

    SendEmailTask emailThread = new SendEmailTask();
    new Thread(emailThread).start();

    super.doGet(req, resp);
}

class SendEmailTask implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        UserObj user = UserUtils.getCurrentUser();
        logger.info("子線程中:" + (user == null ? "user為null" : user.getName() + user.hashCode()));
    }
}

主線程中創建異步線程，子線程中能拿到嗎？通過測試發現是不能的

2016-11-29 18:09:16.482  INFO 38092 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1425505918
2016-11-29 18:09:16.483  INFO 38092 --- [       Thread-4] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:user為null
2016-11-29 18:09:20.995  INFO 38092 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1280373552
2016-11-29 18:09:20.996  INFO 38092 --- [       Thread-5] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:user為null

子線程怎么拿到父線程的ThreadLocal數據？jdk給我們提供了解決辦法，ThreadLocal有一個子類InheritableThreadLocal，創建ThreadLocal時候我們采用InheritableThreadLocal類可以實現子線程獲取到父線程的本地變量。

private static ThreadLocal userResource = new InheritableThreadLocal();

然后子線程中就可以正常拿到user對象了

2016-11-29 19:07:01.518  INFO 39644 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest495550128
2016-11-29 19:07:01.518  INFO 39644 --- [       Thread-4] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest495550128
2016-11-29 19:07:05.839  INFO 39644 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1851717404
2016-11-29 19:07:05.840  INFO 39644 --- [       Thread-5] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest1851717404

ThreadLocal 子線程傳遞－線程池場景

當我們執行異步任務時，大多會采用線程池的機制(如Executor)。這樣就會存在一個問題，即使父線程已經結束，子線程依然存在并被池化。這樣，線程池中的線程在下一次請求被執行的時候，ThreadLocal的get()方法返回的將不是當前線程中設定的變量，因為池中的“子線程”根本不是當前線程創建的，當前線程設定的ThreadLocal變量也就無法傳遞給線程池中的線程。
我們修改一下發送郵件的代碼，改用線程池來實現。

2016-11-29 19:51:51.973  INFO 40937 --- [nio-8080-exec-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1417641261
2016-11-29 19:51:51.974  INFO 40937 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest1417641261
2016-11-29 19:51:55.746  INFO 40937 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1116537955
2016-11-29 19:51:55.746  INFO 40937 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest1417641261
2016-11-29 19:51:58.825  INFO 40937 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1489938856
2016-11-29 19:51:58.826  INFO 40937 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest1417641261

可以發現發送郵件的任務三次用的都是同一個線程[pool-1-thread-1]，第一次子線程和父線程中的user對象相同，后面的“子線程”（前面提到過，后面的已經不是子線程了）中的user對象都是和第一個父線程中的相同。
那么在線程池的場景下，怎么能讓“子線程”正常拿到父線程傳遞過來的變量呢？如果我們能在創建task的時候主動傳遞過去就好了。按照這個想法我們來實施一下。
繼續修改代碼

protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    UserObj user = UserUtils.getCurrentUser();
    logger.info(user.getName() + user.hashCode());

    SendEmailTask emailThread = new SendEmailTask();

    executor.execute(new UserRunnable(emailThread, user));
    super.doGet(req, resp);
}

/**
 * 做一個wrapper, 將目標任務做一層包裝, 在run方法中傳遞線程本地變量
 */
class UserRunnable implements Runnable {
    /**
     * 目標任務對象
     */
    Runnable runnable;
    /**
     * 要綁定的user對象
     */
    UserObj user;

    public UserRunnable(Runnable runnable, UserObj user) {
        this.runnable = runnable;
        this.user = user;
    }

    @Override
    public void run() {
        ThreadContext.bindUser(user);
        runnable.run();
        ThreadContext.unbindUser();
    }
}

class SendEmailTask implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        UserObj user = UserUtils.getCurrentUser();
        logger.info("子線程中:" + (user == null ? "user為null" : user.getName() + user.hashCode()));
    }
}

重新請求，得到我們想要的結果

2016-11-29 20:04:12.153  INFO 41258 --- [nio-8080-exec-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1565180744
2016-11-29 20:04:12.154  INFO 41258 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest1565180744
2016-11-29 20:04:14.142  INFO 41258 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest481396704
2016-11-29 20:04:14.142  INFO 41258 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest481396704
2016-11-29 20:04:15.248  INFO 41258 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest400717395
2016-11-29 20:04:15.249  INFO 41258 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest400717395

到此為止，ThreadLocal常見的場景和對應解決方案應該可以滿足了。接下來就是怎么在實際應用中運用了。

為了引出此文的初衷以及后面要講的東西，針對最后一個解決方案，我們可以進一步完善一下。

ThreadContext.bindUser(user);
runnable.run();
ThreadContext.unbindUser();

這個地方在bind的時候是直接覆蓋，無法對線程之前的狀態進行保存和恢復。要實現這一點，我們可以抽象一個ThreadState來保存線程的狀態，在bind之前保存original，任務執行完以后進行restore。

public interface ThreadState {
    void bind();

    void restore();

    void clear();
}

public class UserThreadState implements ThreadState {
    private UserObj original;

    private UserObj user;

    public UserThreadState(UserObj user) {
        this.user = user;
    }

    @Override
    public void bind() {
        this.original = ThreadContext.getUser();

        ThreadContext.bindUser(this.user);
    }

    @Override
    public void restore() {
        ThreadContext.bindUser(this.original);
    }

    @Override
    public void clear() {
        ThreadContext.unbindUser();
    }
}


protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    UserObj user = UserUtils.getCurrentUser();
    logger.info(user.getName() + user.hashCode());

    SendEmailTask emailThread = new SendEmailTask();

    executor.execute(new UserRunnable(emailThread, new UserThreadState(user)));
    super.doGet(req, resp);
}

/**
 * 做一個wrapper, 將目標任務做一層包裝, 在run方法中傳遞線程本地變量
 */
class UserRunnable implements Runnable {
    /**
     * 目標任務對象
     */
    Runnable runnable;
    /**
     * 要綁定的user對象
     */
    UserThreadState userThreadState;

    public UserRunnable(Runnable runnable, UserThreadState userThreadState) {
        this.runnable = runnable;
        this.userThreadState = userThreadState;
    }

    @Override
    public void run() {
        userThreadState.bind();
        runnable.run();
        userThreadState.restore();
        UserObj userOrig = UserUtils.getCurrentUser();
        logger.info("original:" + userOrig.getName() + userOrig.hashCode());
    }
}

class SendEmailTask implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        UserObj user = UserUtils.getCurrentUser();
        logger.info("子線程中:" + (user == null ? "user為null" : user.getName() + user.hashCode()));
    }
}

實現效果是相同的，至于為什么三次的original對象都是一樣的，通過前面的說明應該能夠理解

2016-11-29 20:19:48.694  INFO 41671 --- [nio-8080-exec-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest114760676
2016-11-29 20:19:48.699  INFO 41671 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest114760676
2016-11-29 20:19:48.700  INFO 41671 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : original:usertest114760676
2016-11-29 20:19:57.123  INFO 41671 --- [nio-8080-exec-2] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest941302199
2016-11-29 20:19:57.123  INFO 41671 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest941302199
2016-11-29 20:19:57.123  INFO 41671 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : original:usertest114760676
2016-11-29 20:20:04.385  INFO 41671 --- [nio-8080-exec-3] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : usertest1489938856
2016-11-29 20:20:04.385  INFO 41671 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : 子線程中:usertest1489938856
2016-11-29 20:20:04.385  INFO 41671 --- [pool-1-thread-1] com.zallds.xy.servlet.HelloworldServlet  : original:usertest114760676

由于在使用shiro框架的SecurityUtils.getSubject()過程中碰到問題，才有了本文的示例，例子中的部分代碼參考了shiro框架的實現機制。后面會再研究一下shiro的subject相關設計。

http://shiro.apache.org/subject.html

作者：?99793933e682
原文地址：?https://www.jianshu.com/p/85d96fe9358b

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    摘要：簡要言之往中填充的變量屬于當前線程，該變量對其他線程而言是隔離的。在辦理時又告訴機構來，把我的身份證房產證學生證通通給他。 前言 今天要研究的是ThreadLocal，這個我在一年前學習JavaWeb基礎的時候接觸過一次，當時在baidu搜出來的第一篇博文ThreadLocal，在評論下很多開發者認為那博主理解錯誤，給出了很多有關的鏈接來指正(可原博主可能沒上博客了，一直沒做修改)。我...

    zhouzhou 評論0 收藏0

  • 想進大廠？50個多線程面試題，你會多少？（一）

    摘要：下面是線程相關的熱門面試題，你可以用它來好好準備面試。線程安全問題都是由全局變量及靜態變量引起的。持有自旋鎖的線程在之前應該釋放自旋鎖以便其它線程可以獲得自旋鎖。 最近看到網上流傳著，各種面試經驗及面試題，往往都是一大堆技術題目貼上去，而沒有答案。 不管你是新程序員還是老手，你一定在面試中遇到過有關線程的問題。Java語言一個重要的特點就是內置了對并發的支持，讓Java大受企業和程序員...

    wow_worktile 評論0 收藏0

  • Java 并發方案全面學習總結

    摘要：進程線程與協程它們都是并行機制的解決方案。選擇是任意性的，并在對實現做出決定時發生。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，如果某個線程因為執行異常而結束，那么線程池會補充一個新線程。此線程池支持定時以及周期性執行任務的需求。 并發與并行的概念 并發(Concurrency): 問題域中的概念—— 程序需要被設計成能夠處理多個同時（或者幾乎同時）發生的事件 并行(Parallel...

    mengera88 評論0 收藏0

  • ThreadLocal 線程安全機制與小地雷

    摘要：多線程類庫對于共享數據的讀寫控制主要采用鎖機制保證線程安全，本文所要探究的則采用了一種完全不同的策略。所以出現內存泄露的前提必須是持有的線程一直存活，這在使用線程池時是很正常的，在這種情況下一直不會被，因為 Java 多線程類庫對于共享數據的讀寫控制主要采用鎖機制保證線程安全，本文所要探究的 ThreadLocal 則采用了一種完全不同的策略。ThreadLocal 不是用來解決共享數...

    xiao7cn 評論0 收藏0

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instein

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