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

本文主要是介绍Java并发编程与技术内幕:ThreadFactory、ThreadLocal，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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。

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

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

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：
*
* @author linbingwen
* @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\n",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("\n");
}
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();
}
}
}
/**
* @author linbingwen
* @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:\n");
System.out.printf("%s\n",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：

package com.func.axc.threadlocal;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 功能概要：
*
* @author linbingwen
* @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：

public ThreadLocal() {
}

其实主要的也就下面几个方法：

public T get() { }
public void set(T value) { }
public void remove() { }
protected T initialValue() { }

（1）get

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

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：

    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！

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

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

void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

终于创建ThreadLocalMap！

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！

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

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

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

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。

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