ThreadLocal解析与AQS深潜

2024-02-06 09:40:56

ThreadLocal：简化并发编程中的线程局部数据

引言

在多线程环境中，管理线程特定数据可能是一项艰巨的任务。ThreadLocal 提供了一种简便且线程安全的方法，可以为每个线程维护独立的局部变量。通过消除显式传递数据的需要，ThreadLocal 大大简化了并发编程，并减少了内存泄漏和并发访问控制等问题。

ThreadLocal 原理

ThreadLocal 使用每个线程维护的哈希表来实现。当线程第一次访问某个 ThreadLocal 对象时，它会在哈希表中创建一个新条目，并将其初始化为默认值。后续对该 ThreadLocal 对象的访问将直接从哈希表获取或设置变量值。

这种方法确保了线程局部变量在并发环境中的线程安全性，因为每个线程都拥有自己变量值的私有副本。

ThreadLocal 用途

ThreadLocal 最常见的用途包括：

存储用户会话信息，例如首选语言或购物车内容。
管理数据库连接，防止线程间冲突。
跟踪日志记录器，方便每个线程记录自己的消息。
实现上下文传递，无需显式传递对象引用。

ThreadLocal 优点

线程安全： 变量值在不同线程之间隔离。
简化代码： 消除了显式传递线程特定数据的需要。
性能优化： 通过避免创建和传递新对象，提高了性能。

ThreadLocal 缺点

内存泄漏风险： 如果未正确清理 ThreadLocal 变量，可能会导致内存泄漏。
并发访问控制： ThreadLocal 无法控制对变量的并发访问，可能会导致不一致的结果。

AQS：构建同步数据结构的基础设施

引言

AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 是 Java 并发编程中一个重要的同步器类，为构建锁和同步队列等同步数据结构提供了基础设施。AQS 具有灵活性、可扩展性和高性能，使其成为构建各种并发解决方案的强大工具。

AQS 原理

AQS 的核心是一个同步队列，存储等待获取锁或访问其他受保护资源的线程。队列中的每个条目包含一个状态字段，表示线程的当前状态（例如，等待、获取锁或释放锁）。

AQS 提供两种类型的锁：

公平锁： 线程按照先到先得的顺序获取锁。
非公平锁： 线程可以随机获取锁。

AQS 可重入锁

AQS 支持可重入锁，允许同一个线程多次获取同一把锁，而不会造成死锁。这是通过维护一个重入计数器来实现的，该计数器记录了线程获取锁的次数。

AQS 优点

灵活性： 可以构建各种同步数据结构。
可扩展性： 可以通过扩展 AQS 来创建新的同步数据结构。
高性能： 在高并发场景下提供高效的性能。

ThreadLocal 和 AQS：并发编程的强大组合

ThreadLocal 和 AQS 是 Java 并发编程中互补的概念。ThreadLocal 提供了一种简便且线程安全的方法来管理线程特定数据，而 AQS 提供了构建同步数据结构的基础。通过结合这两个概念，我们可以创建健壮、高效且易于维护的并发解决方案。

示例代码

使用 ThreadLocal 存储用户会话信息

public class UserSession {

    private static final ThreadLocal<User> currentUser = new ThreadLocal<>();

    public static void setCurrentUser(User user) {
        currentUser.set(user);
    }

    public static User getCurrentUser() {
        return currentUser.get();
    }
}

使用 AQS 构建公平锁

public class FairLock {

    private final AQS aqs = new AQS() {

        @Override
        public boolean tryAcquire(int acquires) {
            return compareAndSetState(0, 1);
        }

        @Override
        public boolean tryRelease(int releases) {
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            return compareAndSetState(1, 0);
        }
    };

    public void lock() {
        aqs.acquire();
    }

    public void unlock() {
        aqs.release();
    }
}