刮痧ThreadLocal

多线程与一致性

为了提高我们程序的性能，很多时候我们都会使用多线程以解决各种场景，但随之而来的是多线程带来的数据一致性问题该如何解决。

如何解决一致性问题？
  • 排队：如果多个线程操作‘同一份数据’，那就排个队吧，一个一个来，这样后面一个线程总能得到最新的修改值，例如操作系统中的锁，管程，屏障等都是这种排队机制。<ins style="box-sizing: border-box;">缺点是：性能低。</ins>
  • 投票：投票的机制就是多个人同时决策一件事，这个就涉及到了算法，往往会产生很多其他问题，比如欺诈
  • 避免：直观意思就是避免多个线程之间产生一致性问题，那该如何去做呢？例如git，ThreadLocal正是采用的这种避免的方式来完成多线程的执行
ThreadLocal定义：

定义：ThreadLocal提供了线程局部变量，一个线程局部变量在多个线程中分别由独立的值（副本）。

提问：既然是每个线程独有的，为什么不直接在调用线程的时候，在相应的线程方法里声明这个局部变量呢？

答：同一个线程可能会调用到很多不同的类和方法，这样就要在不同的地方用到这个变量，自己去实现，代价太大，用ThreadLocal更加方便，且线程安全。

线程模型
线程模型

对应每个线程来说都有自己的独占数据，这些数据事进行来分配的，每个线程都有一个ThreadLocalMap对象，它本身是一个hash表，里面会放一些线程的局部变量，而ThreadLocal的核心也是这个ThreadLocalMap。

4种核心应用场景
1.资源持有：

例如有三个不同的类，在一次web请求中调用这三个类，但是用户是一个，那么用户数据就可以保存在一个线程里。 如图：


资源持有
2.线程一致：

例如JDBC事务，我们每次对数据库操作都会走getConnection，jdbc保证只要你是同一个线程过来的请求，不管是哪一个part，都返回的是同一个连接，就是使用ThreadLocal来做的，达到维护一致性的目的。Mybatis使用SqlSessionManager保证了我们同一个线程取出来的连接总是同一个。它是如何做到的呢？其实很简单，就是内部使用了一个ThreadLocal。


线程 一致
3.线程安全：

如果一个线程的调用链路比较长，中间出现异常，那我们可以把出错信息放在ThreadLocal里，然后在后续的链路中使用这个值，可以达到多线程在处理这个场景的时候保证线程安全。


线程安全
4.并发计算：

例如一个大的任务，拆分成多个小任务，分别计算，最后再进行结果汇总，那么我们可以把每个线程的计算结果放进ThreadLocal中，最后进行汇总计算。 实现案例：比如需要统计一段时间内某个接口的调用量


并发计算
线程不安全实现：
@RestController
@RequestMapping("orders")
public class OrderController {

    private Integer count = 0;

    @GetMapping("/visit")
    public Integer visit() throws InterruptedException {
        count++;
        Thread.sleep(100);
        return 0;
    }

    @GetMapping("/stat")
    public Integer stat() {
        return count;
    }
}

count++操作，首先我们是从内存里面读取原来的值，放在了线程本地内存里。然后进行 +1 操作，再写回到内存里。这个时候如果多个线程操作的话，有可能线程A这边还没来得及写，线程B那边读取的是原来的值。这样子的话就会造成数据不一致的问题。结果就会比预期的小。 结果明显是count的值与我们所期望的值不一致

如何解决？

当然方法很多，比如加锁，但今天我们要用ThreadLocal实现

@RestController
@RequestMapping("orders")
public class OrderController {

    private static final ThreadLocal<Integer> TL = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);

    @GetMapping("/visit")
    public Integer visit() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(100);
        TL.set(TL.get() + 1);
        return 0;
    }

    @GetMapping("/stat")
    public Integer stat() {
        return TL.get();
    }
}

这样即可达到我们的计数目的。

还有很多方法可以实现，比如我们经常用的原子类Automatic或者synchronized等，他们的实现思想不同，加锁和原子类使用的是【排队】思想，而ThreadLocal使用的是【避免】思想，效率更高。

刮痧ThreadLocal源码

API： ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。API方法也相应进行了调整，新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。

1.set：
public void set(T value) {
    //(1)获取当前线程（调用者线程）
    Thread t = Thread.currentThread();
    //(2)以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的map
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //(3)如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前线程，值为添加的本地变量值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //(4)如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map
    else
        createMap(t, value);
}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals; //获取线程自己的变量threadLocals，并绑定到当前调用线程的成员变量threadLocals上
}

void createMap(Thread t, T firstValue) {
     t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
 }
 createMap方法不仅创建了threadLocals，同时也将要添加的本地变量值添加到了threadLocals中。

先拿到当前的线程，然后通过它去拿到一个Map，如果这个Map存在，就把value塞进去，否则就创建一个新的。

2.get：
public T get() {
    //(1)获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //(2)获取当前线程的threadLocals变量
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //(3)如果threadLocals变量不为null，就可以在map中查找到本地变量的值
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    //(4)执行到此处，threadLocals为null，调用该更改初始化当前线程的threadLocals变量
    return setInitialValue();
}

private T setInitialValue() {
    //protected T initialValue() {return null;}
    T value = initialValue();
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的map
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    //如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前线程，值为添加的本地变量值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    //如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的map
    else
        createMap(t, value);
    return value;
}

先通过getMap方法拿到当前线程对应的Map，然后从里面取出value。如果没有value，就调用ThreadLocal提供的初始化方法，初始化一个值。

3.remove：
public void remove() {
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
    if (m != null) {
        m.remove(this);
    }
}

private void remove(ThreadLocal<?> key) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        if (e.get() == key) {
            e.clear();
            expungeStaleEntry(i);
            return;
        }
    }
}

我们在开发一个多线程的程序时，往往会使用线程池。而线程池的功能就是线程的复用。那如果线程池和ThreadLocal在一起就可能会造成问题，所以使用完ThreadLocal，显式调用一下remove方法。

ThreadLocal不支持继承性，ThreadLocal类是不能提供子线程访问父线程的本地变量的，而InheritableThreadLocal类则可以做到这个功能

public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {

    protected T childValue(T parentValue) {
        return parentValue;
    }

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
       return t.inheritableThreadLocals;
    }

    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
}

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