人人都能学会系列之ThreadLocal

Posted 2020-12-11 mrcharleshu

1、概览

本文我们来看下java.lang包中的ThreadLocal，它赋予我们给每个线程存储自己数据的能力。

2、ThreadLocal API

ThreadLocal允许我们存储的数据只能被特定的线程``访问。
我们现在存储一个整形并把它和一个特定的线程绑定：

ThreadLocal<Integer> threadLocalValue = new ThreadLocal<>();

接下来当我们在某个线程中想使用这个值的时候，我们只需要调用get()或set()方法，简单的说，我们可以把ThreadLocal理解成数据都存在一个map中，使用线程对象作为key。

当我们在当前线程中调用threadLocalValue的get()方法时，我们能拿到整形值1:

threadLocalValue.set(1);
Integer result = threadLocalValue.get();

我们可以使用ThreadLocal的withInitial()方法并传入一个supplier来创建一个实例：

ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 1);

想要删除这个值的时候我们只需要调用一下remove()方法就好了

threadLocal.remove();

在叙述怎么合适的使用ThreadLocal之前我们先来看一个不用ThreadLocal的例子，然后我们再修改例子比较一下。

3、存储用户数据在ConcurentHashMap中

有这么一个程序需要给每一个用户ID存储对应的用户上下文信息：

public class Context {
    private String userName;
 
    public Context(String userName) {
        this.userName = userName;
    }
}

我们给每个用户新起一个线程，创建了一个实现了Runnable接口的SharedMapWithUserContext类，run()方法中的UserRepository会查询数据库返回传入用户ID的用户上下文信息。

接下来我们把用户信息以用户ID为key存入ConcurentHashMap中：

public class SharedMapWithUserContext implements Runnable {
  
    public static Map<Integer, Context> userContextPerUserId
      = new ConcurrentHashMap<>();
    private Integer userId;
    private UserRepository userRepository = new UserRepository();
 
    @Override
    public void run() {
        String userName = userRepository.getUserNameForUserId(userId);
        userContextPerUserId.put(userId, new Context(userName));
    }
 
    // standard constructor
}

我们来测试一下代码，给两个用户ID创建两个线程，在运行结束设置断言：userContextPerUserId的大小为2:

SharedMapWithUserContext firstUser = new SharedMapWithUserContext(1);
SharedMapWithUserContext secondUser = new SharedMapWithUserContext(2);
new Thread(firstUser).start();
new Thread(secondUser).start();
 
assertEquals(SharedMapWithUserContext.userContextPerUserId.size(), 2);

4、存储用户数据在ThreadLocal中

我们重写一下我们的例子，这次把用户信息存在ThreadLocal中，每个线程都有自己的ThreadLocal实例。

我们在使用的时候要特别小心因为每个ThreadLocal实例都关联了一个特定的线程，在我们的例子中，我们给每个用户ID创建了一个专用的线程，并且这是我们自己创建出来的，我们可以完全控制它们。（为什么这么说后面会解释到）

run()方法拿到用户信息构造上下文对象并使用ThreadLocal的set()方法存储起来：

public class ThreadLocalWithUserContext implements Runnable {
  
    private static ThreadLocal<Context> userContext 
      = new ThreadLocal<>();
    private Integer userId;
    private UserRepository userRepository = new UserRepository();
 
    @Override
    public void run() {
        String userName = userRepository.getUserNameForUserId(userId);
        userContext.set(new Context(userName));
        System.out.println("thread context for given userId: "
          + userId + " is: " + userContext.get());
    }
     
    // standard constructor
}

我们开启两个线程测试一下：

ThreadLocalWithUserContext firstUser 
  = new ThreadLocalWithUserContext(1);
ThreadLocalWithUserContext secondUser 
  = new ThreadLocalWithUserContext(2);
new Thread(firstUser).start();
new Thread(secondUser).start();

代码运行完能看到ThreadLocal在每个线程中都设置了值：

thread context for given userId: 1 is: Context{userNameSecret=‘18a78f8e-24d2-4abf-91d6-79eaa198123f‘}
thread context for given userId: 2 is: Context{userNameSecret=‘e19f6a0a-253e-423e-8b2b-bca1f471ae5c‘}

5、小心把ThreadLocal和ExecutorService一起使用

• 当前例子
  如果我们使用ExecutorService并往里面提交Runnable任务，使用ThreadLocal会出现不确定的结果。因为我们不能确定操作每个用户ID的Runnable任务每次都是被相同的线程操作，因此ThreadLocal会被不用的用户ID公用。

• 不同的业务使用场景不同，也不能一棒子打死，比如下面这个例子
  最近在使用Spring的状态机的时候，处理一个动作发起的逻辑需要调用状态机实例的sendEvent方法发送消息，状态机返回当前事件是否处理成功，但不方便使用的是这个sendEvent返回的值是个boolean类型，里面如果有错误，我拿不到错误信息，抛异常也会被内部捕获到返回false：

boolean sendEvent(Message<E> event);

这个例子和上述不同的地方在于我使用状态机在每个Runnable任务执行中只需要拿到本次运行的信息，而不需要把当前信息和后面提交的任务共享使用。所以我调用get()拿到我在另一处逻辑里设置的错误信息时，我立即调用remove()表示本次ThreadLocal结束了。

状态机判断逻辑：

if (checkInvoice == null) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    ThreadLocal<String> requestError = (ThreadLocal<String>) messageHeaders.get(THREAD_LOCAL_NAME);
    Objects.requireNonNull(requestError).set("发票不能为空");
    return false;
}

状态机外部处理逻辑：

// 返回的结果是Guard的返回结果
boolean isHandleSuccess = stateMachine.sendEvent(message);
if (isHandleSuccess) {
    S currentState = stateMachine.getState().getId();
    if (previousState != currentState) {
        stateMachinePersister.persist(stateMachine, uniqueKey);
    } else {
        log.info("状态没有变更，不需要持久化状态。previousState={},currentState={}",
                previousState, currentState);
    }
    if (previousState.checkNextState(currentState)) {
        return buildSuccessResult(object, event.desc() + SUCCESS_TEXT);
    } else {
        String error = requestError.get();
        log.info("ThreadLocal value:{}", error);
        requestError.remove();
        return buildFailureResult(object, error);
    }
}