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java高并发系列 - 第24天:ThreadLocal、InheritableThreadLocal(通俗易懂)

java高并发系列第24篇文章。

环境:jdk1.8。

本文内容

1、需要解决的问题

2、介绍ThreadLocal

3、介绍InheritableThreadLocal

需要解决的问题

我们还是以解决问题的方式来引出ThreadLocalInheritableThreadLocal,这样印象会深刻一些。

目前java开发web系统一般有3层,controller、service、dao,请求到达controller,controller调用service,service调用dao,然后进行处理。

我们写一个简单的例子,有3个方法分别模拟controller、service、dao。代码如下:

        
        
      

运行结果:

        
        
      

代码中调用controller、service、dao 3个方法时,来模拟处理一个请求。main方法中循环了5次模拟发起5次请求,然后交给线程池去处理请求,dao中模拟循环插入传入的dataList数据。

问题来了:开发者想看一下哪些地方耗时比较多,想通过日志来分析耗时情况,想追踪某个请求的完整日志,怎么搞?

上面的请求采用线程池的方式处理的,多个请求可能会被一个线程处理,通过日志很难看出那些日志是同一个请求,我们能不能给请求加一个唯一标志,日志中输出这个唯一标志,当然可以。

如果我们的代码就只有上面示例这么简单,我想还是很容易的,上面就3个方法,给每个方法加个traceId参数,log方法也加个traceId参数,就解决了,代码如下:

        
        
      

输出:

        
        
      

上面我们通过修改代码的方式,把问题解决了,但前提是你们的系统都像上面这么简单,功能很少,需要改的代码很少,可以这么去改。但事与愿违,我们的系统一般功能都是比较多的,如果我们都一个个去改,岂不是要疯掉,改代码还涉及到重新测试,风险也不可控。那有什么好办法么?

ThreadLocal

还是拿上面的问题,我们来分析一下,每个请求都是由一个线程处理的,线程就相当于一个人一样,每个请求相当于一个任务,任务来了,人来处理,处理完毕之后,再处理下一个请求任务。人身上是不是有很多口袋,人刚开始准备处理任务的时候,我们把任务的编号放在处理者的口袋中,然后处理中一路携带者,处理过程中如果需要用到这个编号,直接从口袋中获取就可以了。那么刚好java中线程设计的时候也考虑到了这些问题,Thread对象中就有很多口袋,用来放东西。Thread类中有这么一个变量:

        
        
      

这个就是用来操作Thread中所有口袋的东西,ThreadLocalMap源码中有一个数组(有兴趣的可以去看一下源码),对应处理者身上很多口袋一样,数组中的每个元素对应一个口袋。

如何来操作Thread中的这些口袋呢,java为我们提供了一个类ThreadLocal,ThreadLocal对象用来操作Thread中的某一个口袋,可以向这个口袋中放东西、获取里面的东西、清除里面的东西,这个口袋一次性只能放一个东西,重复放东西会将里面已经存在的东西覆盖掉。

常用的3个方法:

        
        
      

我们使用ThreadLocal来改造一下上面的代码,如下:

        
        
      

输出:

        
        
      

可以看出输出和刚才使用traceId参数的方式结果一致,但是却简单了很多。不用去修改controller、service、dao代码了,风险也减少了很多。

代码中创建了一个ThreadLocal traceIdKD,这个对象用来操作Thread中一个口袋,用这个口袋来存放tranceId。在main方法中通过traceIdKD.set(traceId)方法将traceId放入口袋,log方法中通traceIdKD.get()获取口袋中的traceId,最后任务处理完之后,main中的finally中调用traceIdKD.remove();将口袋中的traceId清除。

ThreadLocal的官方API解释为:

“该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。这些变量不同于它们的普通对应物,因为访问某个变量(通过其 get 或 set 方法)的每个线程都有自己的局部变量,它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段,它们希望将状态与某一个线程(例如,用户 ID 或事务 ID)相关联。”

InheritableThreadLocal

继续上面的实例,dao中循环处理dataList的内容,假如dataList处理比较耗时,我们想加快处理速度有什么办法么?大家已经想到了,用多线程并行处理dataList,那么我们把代码改一下,如下:

        
        
      

输出:

        
        
      

看一下上面的输出,有些traceId为null,这是为什么呢?这是因为dao中为了提升处理速度,创建了子线程来并行处理,子线程调用log的时候,去自己的存放traceId的口袋中拿去东西,肯定是空的了。

那有什么办法么?可不可以这样?

父线程相当于主管,子线程相当于干活的小弟,主管让小弟们干活的时候,将自己兜里面的东西复制一份给小弟们使用,主管兜里面可能有很多牛逼的工具,为了提升小弟们的工作效率,给小弟们都复制一个,丢到小弟们的兜里,然后小弟就可以从自己的兜里拿去这些东西使用了,也可以清空自己兜里面的东西。

Thread对象中有个inheritableThreadLocals变量,代码如下:

        
        
      

inheritableThreadLocals相当于线程中另外一种兜,这种兜有什么特征呢,当创建子线程的时候,子线程会将父线程这种类型兜的东西全部复制一份放到自己的inheritableThreadLocals兜中,使用InheritableThreadLocal对象可以操作线程中的inheritableThreadLocals兜。

InheritableThreadLocal常用的方法也有3个:

        
        
      

使用InheritableThreadLocal解决上面子线程中无法输出traceId的问题,只需要将上一个示例代码中的ThreadLocal替换成InheritableThreadLocal即可,代码如下:

        
        
      

输出:

        
        
      

输出中都有traceId了,和期望的结果一致。

希望通过这篇文章可以学会使用InheritableThreadLocalInheritableThreadLocal


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