InheritableThreadLocal 是如何實(shí)現(xiàn)的父子線程局部變量的傳遞
今天聊一聊并發(fā)編程中經(jīng)常遇到也是面試時(shí)容易被為難的一個(gè)題目，線程間局部變量的傳遞問題。
相信對并發(fā)編程有一定了解的同學(xué)已經(jīng)想到了大名鼎鼎的 ThreadLocal 了，是的，線程內(nèi)部就是通過 inheritableThreadLocals 實(shí)現(xiàn)了父子線程間局部變量的傳遞。
JDK 8
一、父子線程間局部變量參數(shù)傳遞的方式 ThreadLocal
首先我們寫看一段代碼：
public class ThreadLocalTest implements Runnable{
private static final InheritableThreadLocal<String> MAIN_THREAD_LOCAL = new InheritableThreadLocal<>();
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
System.out.println("threadlocal 默認(rèn)值："+ThreadLocalTest.MAIN_THREAD_LOCAL.get());
MAIN_THREAD_LOCAL.set("child thread value :"+Thread.currentThread().getName());
System.out.println("threadlocal 設(shè)置子線程值之后："+ThreadLocalTest.MAIN_THREAD_LOCAL.get());
}
public String get(){
return MAIN_THREAD_LOCAL.get();
}
public void clean(){
MAIN_THREAD_LOCAL.remove();
}
public static void main(String[] args) {
ThreadLocalTest threadLocalTest = new ThreadLocalTest();
MAIN_THREAD_LOCAL.set("父線程的值 set 111");
System.out.println("啟動:"+threadLocalTest.get());
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(threadLocalTest).start();
// ThreadUtil.execAsync(threadLocalTest);
}
System.out.println("結(jié)束："+threadLocalTest.get());
}
}在上面的這段代碼中，我們就做了三個(gè)事情：
- 設(shè)置父線程中定義ThreadLocal的值。
- 在子線程中打印父線程中ThreadLocal的值。
- 啟動多個(gè)子線程
大家可以先猜一下這段代碼的運(yùn)行結(jié)果。
二、子線程可以繼承父線程局部變量的值嗎
首先我們先說下答案，是可以繼承的。上面代碼的執(zhí)行結(jié)果如下：
啟動:父線程的值 set 111
結(jié)束：父線程的值 set 111
threadlocal 默認(rèn)值：父線程的值 set 111
threadlocal 設(shè)置子線程值之后：child thread value :Thread-1
threadlocal 默認(rèn)值：父線程的值 set 111
threadlocal 默認(rèn)值：父線程的值 set 111
threadlocal 設(shè)置子線程值之后：child thread value :Thread-2
threadlocal 設(shè)置子線程值之后：child thread value :Thread-0在上面的代碼中，我們的子線程優(yōu)先打印了父線程中ThreadLocal的值，然后重新設(shè)置該值，再次讀取。得出結(jié)論就是子線程可以通過ThreadLocal繼承父線程的值，并且子線程自己內(nèi)容再次重新設(shè)置不影響父線程的值。
三、父子線程局部變量傳值的原理
難道一句簡單的ThreadLocal就可以讓我們對這個(gè)問題停止探索嗎？那么線程內(nèi)部是如何通過ThreadLocal進(jìn)行傳值的呢？
1.new thread
在上面代碼中，啟動子線程的方式是new Thread(threadLocalTest).start();，所以秘密一定就在這一行代碼里面。源碼之下無秘密，我們一起來看下。
首先進(jìn)入new Thread()的內(nèi)部：
public Thread(Runnable target) {
init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize) {
init(g, target, name, stackSize, null, true);
}通過上面兩個(gè)方法調(diào)用，最終進(jìn)入到下面這個(gè)方法中：
private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
long stackSize, AccessControlContext acc,
boolean inheritThreadLocals) {}init方法有個(gè)參數(shù)inheritThreadLocals，boolean類型的，如果為true，且可繼承的線程局部變量不為空就繼承。
現(xiàn)在我們只需要順著inheritThreadLocals這個(gè)參數(shù)去找就可以了，在Thread的418行，有這樣一行代碼。（代碼行數(shù)可能因版本而位置不同）
可以看到是直接對當(dāng)前線程的inheritableThreadLocals直接進(jìn)行的賦值操作，而值是通過ThreadLocal.createInheritedMap獲取的，下面我們看下這個(gè)createInheritedMap方法做了哪些操作？
createInheritedMap方法是ThredLocal內(nèi)部的方法，接收傳遞父線程的ThreadLocalMap為參數(shù)，該方法只做了一個(gè)事情，就是new了一個(gè)新的ThreadLocalMap。
跟進(jìn)到new ThreadLocalMap(parentMap)方法內(nèi)部，其實(shí)是把傳進(jìn)的值，一個(gè)個(gè)的遍歷進(jìn)行賦值到當(dāng)前線程中。
對于圖中標(biāo)記的第二個(gè)地方，childValue調(diào)用的是InheritableThreadLocal#childValue，該方法內(nèi)也只做了一件事，就是返回傳進(jìn)來的值。
(1) 小結(jié)
父子線程之所以能傳參，是因?yàn)槲覀兪褂昧薎nheritableThreadLocal，這樣在new Thread()時(shí)，就會進(jìn)入到給子線程賦值父線程inheritableThreadLocals的邏輯中去。
(2) 擴(kuò)展
有的同學(xué)會說了，我用 ThreadLocal.withInitial創(chuàng)建的，怎么走到線程的if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)判斷時(shí)，沒有進(jìn)去呢，上面不是說是在這判斷然后對子線程進(jìn)行賦值的嗎？
在這簡單說一下哈，大家在寫代碼時(shí)，或者再用第三方框架時(shí)，源碼中的注釋一定要看仔細(xì)，很多細(xì)節(jié)都在注釋中標(biāo)注清楚了。
public static ThreadLocal<String> MAIN_THREAD_LOCAL = ThreadLocal.withInitial(() -> "父線程的值 withInitial 111");在上面的代碼中，我們進(jìn)行了ThreadLocal的初始化賦值，然后看下withInitial方法。
所以是當(dāng)調(diào)用get方法時(shí)，才會觸發(fā)賦值的操作，那么我們看下get方法。
如果當(dāng)前線程的局部變量沒有值，返回初始化方法初始的值。
所以對于我們來說就是SuppliedThreadLocal#initialValue返回的值。
2.線程池
剛才我們是通過new Thread()啟動的子線程，可是工作中基本都是通過線程池的方式執(zhí)行任務(wù)的啊，那還生效嗎？
答案是生效。
我們使用hutool工具中的ThreadUtil.execAsync(threadLocalTest);進(jìn)行測試。
直接說結(jié)論，感興趣的同學(xué)可以自行修改一下代碼中的子線程啟動方式。
先畫個(gè)流程圖，大家可以跟著代碼走一下。
當(dāng)使用線程池時(shí)，底層原理還是線程池中放入任務(wù)的邏輯，當(dāng)放入線程池之后，會在AbstractExecutorService#submit()方法中執(zhí)行execute方法，最終執(zhí)行在ThreadPoolExecutor#execute()，在這里，就是把任務(wù)丟入線程池工作的邏輯，其中有個(gè)方法addWorker，該方法中有一行new Worker()，而在該Worker方法的內(nèi)部，其實(shí)就是new Thread()，到了這，就與上面所說的一樣了，到了判斷inheritableThreadLocals的時(shí)候了。
四、如何解決內(nèi)存泄漏
使用ThreadLocal的應(yīng)用場景有很多，父子線程傳參數(shù)的場景也有不少，但是有一個(gè)很關(guān)鍵的點(diǎn)內(nèi)存溢出是需要重視的。解決ThreadLocal內(nèi)存溢出的方式也很簡單，就是在使用完成之后調(diào)用一下remove。
對于上面的代碼示例，就是調(diào)用我們的clean方法。
public void clean(){
MAIN_THREAD_LOCAL.remove();
}
remove的代碼如下，取值不為null時(shí)，執(zhí)行刪除邏輯。
五、總結(jié)
我們通過一個(gè)示例，驗(yàn)證了父子線程間可以通過ThreadLocal進(jìn)行傳遞，測試了不同方式初始化ThreadLocal，并對比了new Thread()與線程池啟動的區(qū)別。
其實(shí)殊途同歸，線程池最后調(diào)用的還是Thread里面的方法。唯一需要注意的就是通過ThreadLocal.withInitial初始化是在get時(shí)賦值的，不過這個(gè)應(yīng)該也不重要，了解一下就好，應(yīng)該也沒有面試官會這么摳這個(gè)問題吧。
