InheritableThreadLocal源码解析，子线程如何

2021-04-14  本文已影响0人  徐同学呀

一、前言

日常工作中，经常使用ThreadLocal来避免线程并发问题，每个线程访问自己的本地变量，没有竞争，没有锁，非常高效。现在有一个业务场景，需要创建一些子线程来执行任务，父线程中设置了ThreadLocal的值，想在子线程中获取，能获取到吗？答案是：不能。

ThreadLocalTest

了解ThreadLocal的原理，这个问题就很弱智，用脚后跟想，父线程中set，那么这个存放值的ThreadLocalMap就在父线程内，子线程的threadLocals是个null，怎么可能从子线程get到父线程set的值呢？

但是需求就要这样，该如何实现？将父线程的ThreadLocalMap复制一份给子线程？没错，java官方也是这么想的！

二、InheritableThreadLocal

1、使用方式

java 官方提供了一个类InheritableThreadLocal，使用方式上和ThreadLocal完全一样，就是类名不一样。将ThreadLocal替换为InheritableThreadLocal，就可以从子线程get到父线程set的值了。

InheritableThreadLocalTest

2、继承关系

InheritableThreadLocal是如何做到的呢？源码底下见真知：

package java.lang;
/**
 * @author  Josh Bloch and Doug Lea
 * @see     ThreadLocal
 * @since   1.2
 */
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);
    }
}

InheritableThreadLocal继承自ThreadLocal，重写了三个方法childValue、getMap、createMap，用到Thread的一个变量inheritableThreadLocals。那就是InheritableThreadLocal初始化的ThreadLocalMap赋值给t.inheritableThreadLocals，set和get也是操作t.inheritableThreadLocals。

public class Thread implements Runnable {
    ... ...
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
    ... ...
}

3、复制原理

那是如何将父线程的map复制给子线程的呢？

追溯到Thread初始化，会调用一个init()，init初始化的东西较多，直接看重点：

inheritableThreadLocals复制机制

真相了，创建子线程时，默认inheritThreadLocals=true，父线程即当前线程的inheritableThreadLocals!=null，则将父线程的inheritableThreadLocals复制给子线程。

// java.lang.ThreadLocal#createInheritedMap
static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {
    return new ThreadLocalMap(parentMap);
}

//java.lang.ThreadLocal.ThreadLocalMap#ThreadLocalMap
private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
    Entry[] parentTable = parentMap.table;
    int len = parentTable.length;
    setThreshold(len);
    table = new Entry[len];
    // 遍历复制
    for (int j = 0; j < len; j++) {
        Entry e = parentTable[j];
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();
            if (key != null) {
                // InheritableThreadLocal重写了childValue
                Object value = key.childValue(e.value);
                Entry c = new Entry(key, value);
                int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
                while (table[h] != null)
                    h = nextIndex(h, len);
                table[h] = c;
                size++;
            }
        }
    }
}

三、childValue的用意

ThreadLocal中childValue没有给出具体实现，而在InheritableThreadLocal中也只是简单实现了下。

//java.lang.ThreadLocal#childValue
T childValue(T parentValue) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

//java.lang.InheritableThreadLocal#childValue
protected T childValue(T parentValue) {
    return parentValue;
}

从父线程复制ThreaLocalMap到子线程时，值从childValue函数过了一遍再赋值给Entry，是何意图？关键是InheritableThreadLocal也没做什么，但是不难猜出，ThreadLocal留了一个childValue就是让InheritableThreadLocal实现的，虽然InheritableThreadLocal没做什么，但是使用者可以继承InheritableThreadLocal重写childValue，对value做特殊处理。为什么可能要对value做特殊处理呢？

比如，设置的值是一个自定义的引用类型，那么从父线程复制到多个子线程的值就存在并发问题（值传递，地址值是共享的），所以复制的时候要保证复制给每个子线程的地址值不一样，继承InheritableThreadLocal实现childValue的深拷贝，定制化一个自己的InheritableThreadLocal：

public class MyInheritableThreadLocal<T> extends InheritableThreadLocal<T>{
    protected T childValue(T parentValue) {
        System.out.println("MyInheritableThreadLocal。。。");
        // 深拷贝
        Gson gson = new Gson();
        String s = gson.toJson(parentValue);
        return (T)gson.fromJson(s, parentValue.getClass());
    }
}

public class InheritableThreadLocalTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        InheritableThreadLocal<Stu> itl = new MyInheritableThreadLocal<Stu>();
        itl.set(new Stu());
        System.out.println("父线程：" + itl.get().toString());
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("子线程1：" + itl.get().toString());
            }
        });
        thread1.start();
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("子线程2：" + itl.get().toString());
            }
        });
        thread2.start();
    }

    static class Stu {
        private String name = "xxx";
    }
}

// 控制台打印
父线程：com.stefan.DailyTest.InheritableThreadLocalTest$Stu@49476842
MyInheritableThreadLocal。。。
子线程1：com.stefan.DailyTest.InheritableThreadLocalTest$Stu@7446b2ac
MyInheritableThreadLocal。。。
子线程2：com.stefan.DailyTest.InheritableThreadLocalTest$Stu@75f4c190

四、总结

  1. InheritableThreadLocal可以实现子线程获取父线程的本地变量。
  2. 子线程初始化时，若父线程（当前线程）的本地变量inheritableThreadLocals不为null，则复制给子线程。
  3. ThreadLocal留个childValue的用意，就是让InheritableThreadLocal实现，并且可以让客户端自定义重写childValue对从父线程复制到子线程的值做特殊处理。
  4. 若父线程使用InheritableThreadLocal设置了自定义引用类型的值，复制给子线程时存在并发问题，需要自行实现childValue的深拷贝。

抛个问题：

如果使用线程池创建子线程，子线程只会初始化一次，父线程中使用InheritableThreadLocal设置值，因为复制机制是在线程初始化的时候，那么父线程只有在线程池初始化子线程时同步复制一次数据，后续父线程再修改值，就无法同步更新到线程池中的子线程了，这该怎么办呢？

只要在每次提交任务时复制就可以了，这就要对线程池以及InheritableThreadLocal做一些定制化处理，让复制机制放在每次提交任务的时候，阿里有一个开源项目给出了解决方案https://github.com/alibaba/transmittable-thread-local，后续可深入了解其实现原理。

PS: 如若文章中有错误理解，欢迎批评指正，同时非常期待你的评论、点赞和收藏。我是徐同学，愿与你共同进步！

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