Spring JDBC-Spring事务管理之ThreadLocal基础知识
文章目录
- 概述
- ThreadLocal是什么
- ThreadLocal的接口方法
- ThreadLocal示例
- 与Thread同步机制的比较
- Spring中使用ThreadLocal解决线程安全问题
概述
Spring通过各种模板类降低了开发者使用各种数据持久技术的难度,这些模板类都是线程安全的。
也就是说,多个DAO可以复用同一个模板实例而不会发生冲突。我们使用模板类访问底层数据,根据持久化技术的不同,模板类需要绑定数据连接或会话的资源。但这些资源本身是非线程安全的,也就是说它们不能在同一时刻被多个线程共享。虽然模板类通过资源池获取数据连接或会话,但资源池本身解决的是数据连接或会话的缓存问题,并非数据连接或会话的线程安全问题。
但是这些资源本身却是非线程安全的。根据传统的经验,如果某个对象是非线程安全的话,在多线程的环境下,对于对象的访问都必须采用同步机制,但是模板类并没有采用同步机制,因为线程的同步会降低并发性,Spring的模板类就是采用ThreadLocal 解决了在多线程环境下,不采用同步的方式解决了多线程的难题。
ThreadLocal在Spring中发挥着重要作用,在管理request作用域的Bean、事务管理、任务调度、AOP等模块中都出现了它的身影。 想要了解Spring事务管理的底层技术,必须要攻克ThreadLocal。
ThreadLocal是什么
JDK1.2中提供了java.lang.ThreadLocal,ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。
ThreadLocal不是一个线程,而是线程的一个本地化对象。
当工作于多线程环境中的对象使用ThreadLocad进行维护的时候,ThreadLocad会为每一个使用这个变量的线程分配一个独立的变量副本。
所以每一个线程可以独立的改变自己的副本。而不会影响其他线程所对应的副本。从线程的角度来看,这个变量就像线程专有的本地变量,这也是类名中“Local”所要表达的意思。
InheritableThreadLocal继承于ThreadLocal,它自动为子线程复制一份从副线程哪里继承而来的本地变量:在创建子线程时,子线程会接收所有可继承的线程本地变量的初始值, 当必须将本地线程变量自动传送给所有创建的子线程时,应尽可能的使用InheritableThreadLocal,而非ThreadLocal。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类接口很简单,只有4个方法,
Java5.0中 ThreadLocal已经支持泛型 。 set、get、initialValue都是泛型
void set(T value):设置当前线程的线程局部变量的值
public T get():该方法返回当前线程所对应的线程局部变量
public void remove():将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存的占用,该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是,当线程结束后,对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作,但它可以加快内存回收的速度;
protected T initialValue():返回该线程局部变量的初始值,该方法是一个protected的方法,显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法,在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行,并且仅执行1次。ThreadLocal中的默认实现直接返回一个null。
ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护一份独立的变量副本的呢?其实实现的思路很简单:在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每一个线程的变量副本,Map中元素的键为线程对象,而值对应线程的变量副本。
来看一个简单的实现版本:
package com.xgj.dao.threadLocal;import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;/*** * * @ClassName: SimpleThreadLocaByOurSelf* * @Description: ThreadLocal的伪代码,简易实现,主要介绍原理* * @author: Mr.Yang* * @date: 2017年9月19日 下午4:58:23*/@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public class SimpleThreadLocalByOurSelf {private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());/*** * * @Title: set* * @Description: 键为线程对象,值为本线程的变量副本* * @param newValue* * @return: void*/public void set(Object newValue) {valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);}/*** * * @Title: get* * @Description: 如果Map中没有key ,则设置为初始值null ,否则从map中获取* * * @return: void*/public void get() {Thread currentThread = Thread.currentThread();Object object = valueMap.get(currentThread);if (object == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {object = initValue();} else {object = valueMap.get(currentThread);}}/*** * * @Title: remove* * @Description: 移除* * * @return: void*/public void remove() {Thread currentThread = Thread.currentThread();valueMap.remove(currentThread);}/*** * * @Title: initValue* * @Description: 初始值* * @return* * @return: Object*/private Object initValue() {return null;}
}
ThreadLocal示例
通过一个具体的实例了解一下ThreadLocal的具体使用方法。
package com.xgj.dao.threadLocal;public class SeqNumWithThreadLocal {private ThreadLocal<Integer> seqNumLocal = new ThreadLocal<Integer>() {// 通过匿名内部类覆盖initialValue方法,指定初始值protected Integer initialValue() {return 0;}};// 获取下一个序列值public int getNextNum() {seqNumLocal.set(seqNumLocal.get() + 1);return seqNumLocal.get();}public static void main(String[] args) {SeqNumWithThreadLocal seqNum = new SeqNumWithThreadLocal();TestThread t1 = new TestThread(seqNum);TestThread t2 = new TestThread(seqNum);TestThread t3 = new TestThread(seqNum);t1.start();t2.start();t3.start();}@SuppressWarnings("unused")static class TestThread extends Thread {SeqNumWithThreadLocal sn = new SeqNumWithThreadLocal();public TestThread(SeqNumWithThreadLocal sn) {this.sn = sn;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 5; i++) { // 每个线程打印 5个值System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getName()+ ",sn:" + sn.getNextNum());}}}}
输出结果:
Thread:Thread-1,sn:1
Thread:Thread-0,sn:1
Thread:Thread-2,sn:1
Thread:Thread-0,sn:2
Thread:Thread-1,sn:2
Thread:Thread-0,sn:3
Thread:Thread-2,sn:2
Thread:Thread-0,sn:4
Thread:Thread-1,sn:3
Thread:Thread-0,sn:5
Thread:Thread-2,sn:3
Thread:Thread-2,sn:4
Thread:Thread-2,sn:5
Thread:Thread-1,sn:4
Thread:Thread-1,sn:5
通过输出我们可以发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个Sequence Number实例,但它们并没有发生相互干扰的情况,而是各自产生独立的序列号,这是因为我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。
与Thread同步机制的比较
ThreadLocal和线程同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。
在同步机制中,通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的,使用同步机制要求程序缜密地分析什么时候对变量进行读写,什么时候需要锁定某个对象,什么时候释放对象锁等繁杂的问题,程序设计和编写难度相对较大。
而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal为每一个线程提供一个要访问对象的独立的变量副本,从而隔离了多个线程对访问数据的冲突。因为每一个线程都拥有自己的变量副本,从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的对象封装,在编写多线程代码时,可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。
由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象,低版本JDK所提供的get()返回的是Object对象,需要强制类型转换。但JDK 5.0通过泛型很好的解决了这个问题,在一定程度上简化ThreadLocal的使用。
概括起来说,对于多线程资源共享的问题,同步机制采用了“以时间换空间”的方式:访问串行化,对象共享化。而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式:访问并行化,对象独享化。前者仅提供一份变量,让不同的线程排队访问,而后者为每一个线程都提供了一份变量,因此可以同时访问而互不影响。
Spring中使用ThreadLocal解决线程安全问题
我们知道在一般情况下,只有无状态的Bean才可以在多线程环境下共享,在Spring中,绝大部分Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean(如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等)中非线程安全的“状态性对象”采用ThreadLocal进行封装,让它们也成为线程安全的“状态性对象”,因此有状态的Bean就能够以singleton的方式在多线程中正常工作了。
一般的Web应用划分为展现层、服务层和持久层三个层次,在不同的层中编写对应的逻辑,下层通过接口向上层开放功能调用。在一般情况下,从接收请求到返回响应所经过的所有程序调用都同属于一个线程.
这样用户就可以根据需要,将一些非线程安全的变量以ThreadLocal存放,在同一次请求响应的调用线程中,所有对象所访问的同一ThreadLocal变量都是当前线程所绑定的。
下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路:
public class TopicDao {//一个非线程安全的变量private Connection conn;public void addTopic(){//引用非线程安全变量Statement stat = conn.createStatement();…}
}
由于conn是非线程安全的成员变量,因此addTopic()方法是非线程安全的,必须每个线程在使用时需要创建一个新TopicDao实例(非singleton)才能保障线程安全性。下面使用ThreadLocal对conn这个非线程安全的“状态”进行改造:
import java.sql.Connection;
import java.sql.Statement;
public class TopicDao {//①使用ThreadLocal保存Connection变量private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();public static Connection getConnection(){//②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection,//并将其保存到线程本地变量中。if (connThreadLocal.get() == null) {Connection conn = ConnectionManager.getConnection();connThreadLocal.set(conn);return conn;}else{//③直接返回线程本地变量return connThreadLocal.get();}}public void addTopic() {//④从ThreadLocal中获取线程对应的Statement stat = getConnection().createStatement();}
}
不同的线程在使用TopicDao时,先判断connThreadLocal.get()是否为null,如果为null,则说明当前线程还没有对应的Connection对象,这时创建一个Connection对象并添加到本地线程变量中;如果不为null,则说明当前的线程已经拥有了Connection对象,直接使用就可以了。这样,就保证了不同的线程使用线程相关的Connection,而不会使用其他线程的Connection。因此,这个TopicDao就可以做到singleton共享了。
当然,这个例子本身很粗糙,将Connection的ThreadLocal直接放在Dao只能做到本Dao的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题,但无法和其他Dao共用同一个Connection,要做到同一事务多Dao共享同一个Connection,必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。但这个实例基本上说明了Spring对有状态类线程安全化的解决思路。
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