Java多線程——線程封閉

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線程封閉：當訪問共用的可變資料時，通常需要同步。一種避免同步的方式就是不共用資料。如果僅在單線程內訪問資料，就不需要同步，這種技術稱為線程封閉（thread  confinement）

　　線程封閉技術一個常見的應用就是JDBC的Connection對象，JDBC規範並沒有要求Connection對象必須是安全執行緒的，在伺服器應用程式中，線程從串連池擷取一個Connection對象，使用完之後將對象返還給串連池。下面介紹幾種線程封閉技術：

　　1、Ad-hoc線程封閉

　　Ad-hoc線程封閉是指，維護線程的封閉性的職責完全由程式實現承擔，是非常脆弱的，因此在程式中盡量少使用，一般使用更強的線程封閉技術，比如棧封閉或者ThreadLocal類。

2、棧封閉　　

　　棧封閉是線程封閉的一種特列，在棧封閉中，只能通過局部變數才能訪問對象。局部變數的固有屬性之一就是封閉在執行棧中，其他線程無法訪問這個棧，棧封閉也稱為線程內部使用或者線程局部使用。簡單的說就是局部變數。多個線程訪問一個方法，此方法中的局部變數都會被拷貝一分兒到線程棧中。所以局部變數是不被多個線程所共用的，也就不會出現並發問題。所以能用局部變數就別用全域的變數，全域變數容易引起並發問題。

　　比如下面的例子：

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　　在loadTheArk中執行個體化一個TreeSet對象，並將該對象的一個引用儲存到animals中。此時，只有一個引用指向集合animals，這個引用被封閉到局部變數中，因此也被封閉到局部變數中。然而，如果發布了對集合animals（或者該對象中的任何內部資料）的引用，那麼封閉性將被破壞，並導致對象animals的逸出。

3、ThreadLocal類

　　維持線程封閉性的一種更加規範方法是使用ThreadLocal類，這個類能使線程中某個值與儲存值的對象關聯起來。ThreadLocal類提供了get和set等提供者或者方法，這些方法為每個使用該變數的線程都存在一份獨立的副本，因此get總是放回當前執行線程在調用set設定的最新值。看一下下面代碼例子：

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　　通過調用ConnectionManager.getConnection()方法，每個線程擷取到的，都是自己獨立擁有的一個的Connection對象副本，第一次擷取時，是通過initialValue()方法的傳回值來設定值的。通過ConnectionManager.setConnection(Connection conn)方法設定的Connection對象，也只會和當前線程綁定。這樣就實現了Connection對象在多個線程中的完全隔離。在Spring容器中管理多線程環境下的Connection對象時，採用的思路和以上代碼非常相似。

　　每個線程是怎麼和Connection對象副本綁定的？這個對象副本儲存在哪裡。當某個線程初次調用ThreadLocal類的get方法時，就會調用initialValue來擷取初始值，從概念上看，我們可以將ThreadLocal<T>視為包含了Map<thread, T>對象，其中儲存了特定於該線程的值，但是ThreadLocal的實現並非如此，這樣只是為了我們方便理解而已。

　　下面我們來分析一下ThreadLocal類的源碼。ThreadLocal類的方法很簡單，只有四個,分別為set，get，remove, initialValue,從字面上我們也能理解這些方法的作用。

　　public T get()：返回當前線程所對應的局部變數。

　　public void set(T arg0)：設定當前線程局部變數的值。　　

　　public void remove()：將當前線程局部變數的值刪除，目的是為了減少記憶體的佔用，該方法是JDK 5.0新增的方法。注意，當線程結束後，對應該線程的局部變數將自動被記憶體回收，所以顯式調用該方法清除線程的局部變數並不是必須的操作，但它可以加快記憶體回收的速度。

　　protected T initialValue()： 對當線程局部變數進行初始化，並返回該初始值。是protected 屬性，顯然是讓子類進行對其覆蓋重寫的，只有第一次調用set和get方法時才調用。　　

　　下面我們對這四個方法的源碼進行分析，看看ThreadLocal類是如何?這種“為每個線程提供不同的變數拷貝”。

3.1 set方法

　　以下是set方法的源碼

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　　從set方法中可以看到，首先擷取當前線程：Thread arg1 = Thread.currentThread();

　　再擷取當前線程的ThreadLocalMap：ThreadLocal.ThreadLocalMap arg2 = this.getMap(arg1);

　　判斷ThreadLocalMap是否為空白，不為空白，則以索引值對的形式設定值，key為this,value就是局部變數的副本，this是當前線程持有的ThreadLocal類執行個體化對象。

　　假如為空白，則通過createMap方法建立。

　　我們看下getMap和createMap方法的源碼：

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　　從代碼上已經寫的非常清楚，每個線程都有自己的局部變數的副本，該副本是存在ThreadLocalMap 中，其中索引值就是ThreadLocal類執行個體化對象。也就是說每個線程都擁有自己的ThreadLocalMap，ThreadLocalMap儲存的就是局部變數副本。我們看一下java.lang.Thread源碼。

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3.2 get方法

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　　從代碼上看，前兩步和set方法是一個樣的，分別擷取當前線程和當前線程的ThreadLocalMap，第三步判斷ThreadLocalMap是否為空白，不為空白根據this索引值擷取value，為空白調用setInitialValue()方法。

　　以下是setInitialValue方法代碼：

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　　在setInitialValue裡調用了initialValue()方法，也就是子類要重寫覆蓋的方法，對應上面的例子的代碼是：

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　　然後擷取當前線程和當前線程的ThreadLocalMap，ThreadLocalMap為空白則調用createMap，否則調用set方法。

3.3 總結

　　ThreadLocalMap對象是以this指向的ThreadLocal對象為鍵進行尋找的，這當然和前面set()方法的代碼是相呼應的。

　　進一步地，我們可以建立不同的ThreadLocal執行個體來實現多個變數在不同線程間的訪問隔離，為什麼可以這麼做？因為不同的ThreadLocal對象作為不同鍵，當然也可以線上程的ThreadLocalMap對象中設定不同的值了。通過ThreadLocal對象，在多線程中共用一個值和多個值的區別，就像你在一個HashMap對象中儲存一個索引值對和多個索引值對一樣，僅此而已。

　　也就說，每個線程都有一個ThreadLocalMap，該線程訪問到某個局部變數，且該局部變數是用ThreadLocal類進行聲明時，該線程就會new ThreadLocal(),然後將該ThreadLocal類的對象作為key值，所對應的局部變數作為value值儲存到ThreadLocalMap中。當線程訪問多個ThreadLocal類進行聲明局部變數時，在ThreadLocalMap中就有多個索引值對。而每個線程都有自己的ThreadLocalMap，從而達到隔離的目的了。

　　當某個線程終止後，該線程裡的ThreadLocalMap也被回收了，所以完全不用擔心記憶體流失的問題。

　　假如多線程訪問的對象執行個體是單例的，或者說只能建立一個，那就老老實實的使用同步機制(synchronized)了.

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