ThreadLocal系列之InheritableThreadLocal的使用及原理解析（源碼基于java8）

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一、基本使用

我們繼續(xù)來看之前寫的例子：

private static ThreadLocal tl = new ThreadLocal<>();public static void main(String[] args) throws Exception {tl.set(1);System.out.println(String.format("當前線程名稱: %s, main方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: %s",Thread.currentThread().getName(), tl.get()));fc();new Thread(() -> {fc();}).start();Thread.sleep(1000L); //保證下面fc執(zhí)行一定在上面異步代碼之后執(zhí)行fc(); //繼續(xù)在主線程內(nèi)執(zhí)行，驗證上面那一步是否對主線程上下文內(nèi)容造成影響}private static void fc() {System.out.println(String.format("當前線程名稱: %s, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: %s",Thread.currentThread().getName(), tl.get()));}

輸出為：

當前線程名稱: main, main方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: 1 當前線程名稱: main, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: 1 當前線程名稱: Thread-0, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: null 當前線程名稱: main, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: 1

我們會發(fā)現(xiàn)，父線程的本地變量是無法傳遞給子線程的，這當然是正常的，因為線程本地變量來就不應該相互有交集，但是有些時候，我們的確是需要子線程里仍然可以獲取到父線程里的本地變量，現(xiàn)在就需要借助TL的一個子類：InheritableThreadLocal（下面簡稱ITL），來完成上述要求 現(xiàn)在我們將例子里的

private static ThreadLocal tl = new ThreadLocal<>();

改為：

private static ThreadLocal tl = new InheritableThreadLocal<>();

然后我們再來運行下結(jié)果：

當前線程名稱: main, main方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: 1 當前線程名稱: main, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: 1 當前線程名稱: Thread-0, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: 1 當前線程名稱: main, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: 1

可以發(fā)現(xiàn)，子線程里已經(jīng)可以獲得父線程里的本地變量了。

結(jié)合之前講的TL的實現(xiàn)，簡單理解起來并不難，基本可以認定，是在創(chuàng)建子線程的時候，父線程的ThreadLocalMap（下面簡稱TLMap）里的值遞給了子線程，子線程針對上述tl對象持有的k-v進行了copy，其實這里不是真正意義上對象copy，只是給v的值多了一條子線程TLMap的引用而已，v的值在父子線程里指向的均是同一個對象，因此任意線程改了這個值，對其他線程是可見的，為了驗證這一點，我們可以改造以上測試代碼：

private static ThreadLocal tl = new InheritableThreadLocal<>();private static ThreadLocal tl2 = new InheritableThreadLocal<>();public static void main(String[] args) throws Exception {tl.set(1);Hello hello = new Hello();hello.setName("init");tl2.set(hello);System.out.println(String.format("當前線程名稱: %s, main方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: tl = %s，tl2.name = %s",Thread.currentThread().getName(), tl.get(), tl2.get().getName()));fc();new Thread(() -> {Hello hello1 = tl2.get();hello1.setName("init2");fc();}).start();Thread.sleep(1000L); //保證下面fc執(zhí)行一定在上面異步代碼之后執(zhí)行fc(); //繼續(xù)在主線程內(nèi)執(zhí)行，驗證上面那一步是否對主線程上下文內(nèi)容造成影響}private static void fc() {System.out.println(String.format("當前線程名稱: %s, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: tl = %s，tl2.name = %s",Thread.currentThread().getName(), tl.get(), tl2.get().getName()));}

輸出結(jié)果為：

當前線程名稱: main, main方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: tl = 1，tl2.name = init 當前線程名稱: main, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: tl = 1，tl2.name = init 當前線程名稱: Thread-0, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: tl = 1，tl2.name = init2 當前線程名稱: main, fc方法內(nèi)獲取線程內(nèi)數(shù)據(jù)為: tl = 1，tl2.name = init2

可以確認，子線程里持有的本地變量跟父線程里那個是同一個對象。

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二、原理分析

通過上述的測試代碼，基本可以確定父線程的TLMap被傳遞到了下一級，那么我們基本可以確認ITL是TL派生出來專門解決線程本地變量父傳子問題的，那么下面通過源碼來分析一下ITL到底是怎么完成這個操作的。

先來了解下Thread類，上節(jié)說到，其實最終線程本地變量是通過TLMap存儲在Thread對象內(nèi)的，那么來看下Thread對象內(nèi)關(guān)于TLMap的兩個屬性：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;

Thread類里其實有兩個TLMap屬性，第一個就是普通TL對象為其賦值，第二個則由ITL對象為其賦值，來看下TL的set方法的實現(xiàn)，這次針對該方法介紹下TL子類的相關(guān)方法實現(xiàn)：

// TL的set方法，如果是子類的實現(xiàn)，那么獲取（getMap）和初始化賦值（createMap）都是ITL對象里的方法// 其余操作不變（因為hash計算、查找、擴容都是TLMap里需要做的，這里子類ITL只起到一個為Thread對象里哪個TLMap屬性賦值的作用）public void set(T value) {Thread t = Thread.currentThread();ThreadLocal.ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);elsecreateMap(t, value);}// ITL里getMap方法的實現(xiàn)ThreadLocal.ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.inheritableThreadLocals; //返回的其實是Thread對象的inheritableThreadLocals屬性}// ITL里createMap方法的實現(xiàn)void createMap(Thread t, T firstValue) {// 也是給Thread的inheritableThreadLocals屬性賦值t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocal.ThreadLocalMap(this, firstValue);}

而inheritableThreadLocals里的信息通過Thread的init方法是可以被傳遞下去的：

// 初始化一個Thread對象時的代碼段（Thread類的init方法）Thread parent = currentThread();if (parent.inheritableThreadLocals != null){ //可以看到，如果父線程存在inheritableThreadLocals的時候，會賦值給子線程（當前正在被初始化的線程）// 利用父線程的TLMap對象，初始化一個TLMap，賦值給自己的inheritableThreadLocals（這就意味著這個TLMap里的值會一直被傳遞下去）this.inheritableThreadLocals =ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);}// 看下TL里對應的方法static ThreadLocal.ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocal.ThreadLocalMap parentMap) {return new ThreadLocal.ThreadLocalMap(parentMap); //這里就開始初始化TLMap對象了}// 根據(jù)parentMap來進行初始化子線程的TLMap對象private ThreadLocalMap(ThreadLocal.ThreadLocalMap parentMap) {ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[] parentTable = parentMap.table; //拿到父線程里的哈希表int len = parentTable.length;setThreshold(len); // 設置閾值（具體方法參考上一篇）table = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry[len];for (int j = 0; j < len; j++) {ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry e = parentTable[j]; //將父線程里的Entry取出if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get(); //獲取keyif (key != null) {Object value = key.childValue(e.value); //獲取valueThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry c = new ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry(key, value); //根據(jù)k-v重新生成一個Entryint h = key.threadLocalHashCode & (len - 1); //計算哈希值while (table[h] != null)h = nextIndex(h, len); //線性探查解決哈希沖突問題（具體方法參考上一篇）table[h] = c; //找到合適的位置后進行賦值size++;}}}}// ITL里的childValue的實現(xiàn)protected T childValue(T parentValue) {return parentValue; //直接將父線程里的值返回}

看過上述代碼后，現(xiàn)在關(guān)于ITL的實現(xiàn)我們基本上有了清晰的認識了，根據(jù)其實現(xiàn)性質(zhì)，可以總結(jié)出在使用ITL時可能存在的問題：

1.線程不安全

寫在前面：這里討論的線程不安全對象不包含Integer等類型，因為這種對象被重新賦值，變掉的是整個引用，這里說的是那種不改變對象引用，直接可以修改其內(nèi)容的對象（典型的就是自定義對象的set方法）

如果說線程本地變量是只讀變量不會受到影響，但是如果是可寫的，那么任意子線程針對本地變量的修改都會影響到主線程的本地變量（本質(zhì)上是同一個對象），參考上面的第三個例子，子線程寫入后會覆蓋掉主線程的變量，也是通過這個結(jié)果，我們確認了子線程TLMap里變量指向的對象和父線程是同一個。

2.線程池中可能失效

按照上述實現(xiàn)，在使用線程池的時候，ITL會完全失效，因為父線程的TLMap是通過init一個Thread的時候進行賦值給子線程的，而線程池在執(zhí)行異步任務時可能不再需要創(chuàng)建新的線程了，因此也就不會再傳遞父線程的TLMap給子線程了。

針對上述2，我們來做個實驗，來證明下猜想：

// 為了方便觀察，我們假定線程池里只有一個線程private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);private static ThreadLocal tl = new InheritableThreadLocal<>();public static void main(String[] args) {tl.set(1);System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));executorService.execute(()->{System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));});executorService.execute(()->{System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));});System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));}

輸出結(jié)果為：

線程名稱-main, 變量值=1 線程名稱-pool-1-thread-1, 變量值=1 線程名稱-main, 變量值=1 線程名稱-pool-1-thread-1, 變量值=1

會發(fā)現(xiàn)，并沒有什么問題，和我們預想的并不一樣，原因是什么呢？因為線程池本身存在一個初始化的過程，第一次使用的時候發(fā)現(xiàn)里面的線程數(shù)（worker數(shù)）少于核心線程數(shù)時，會進行創(chuàng)建線程，既然是創(chuàng)建線程，一定會執(zhí)行Thread的init方法，參考上面提到的源碼，在第一次啟用線程池的時候，類似做了一次new Thread的操作，因此是沒有什么問題的，父線程的TLMap依然可以傳遞下去。

現(xiàn)在我們改造下代碼，把tl.set(1)改到第一次啟用線程池的下面一行，然后再看看：

public static void main(String[] args) throws Exception{System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));executorService.execute(()->{System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));});tl.set(1); // 等上面的線程池第一次啟用完了，父線程再給自己賦值executorService.execute(()->{System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));});System.out.println(String.format("線程名稱-%s, 變量值=%s", Thread.currentThread().getName(), tl.get()));}

輸出結(jié)果為：

線程名稱-main, 變量值=null 線程名稱-main, 變量值=1 線程名稱-pool-1-thread-1, 變量值=null 線程名稱-pool-1-thread-1, 變量值=null

很明顯，第一次啟用時沒有遞進去的值，在后續(xù)的子線程啟動時就再也傳遞不進去了。

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但是，在實際項目中我們大多數(shù)采用線程池進行做異步任務，假如真的需要傳遞主線程的本地變量，使用ITL的問題顯然是很大的，因為是有極大可能性拿不到任何值的，顯然在實際項目中，ITL的位置實在是尷尬，所以在啟用線程池的情況下，不建議使用ITL做值傳遞。為了解決這種問題，阿里做了transmittable-thread-local（TTL）來解決線程池異步值傳遞問題，下一篇，我們將會分析TTL的用法及原理。

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/hama1993/p/10400265.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ThreadLocal系列（二）-InheritableThreadLocal的使用及原理解析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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