从TL、ITL到TT

tl,itl,tt · 浏览次数 : 27

小编点评

# Generate Content # Generate subthread Object captured = capturedRef.get(); if (captured == null || releaseTtlValueReferenceAfterRun && !capturedRef.compareAndSet(captured, null)) { throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after run!\"); } Object backup = replay(captured); try { //3、任务执行 runnable.run(); } finally { //3、使用之前备份的子线程ThreadLocal进行恢复 restore(backup); } # Generate main thread Object captured = capturedRef.get(); if (captured == null || releaseTtlValueReferenceAfterRun && !capturedRef.compareAndSet(captured, null)) { throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after run!\"); } Object backup = replay(captured); @Override public void run() { Object captured = capturedRef.get(); if (captured == null || releaseTtlValueReferenceAfterRun && !capturedRef.compareAndSet(captured, null)) { throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after run!\"); } Object backup = replay(captured); try { //3、任务执行 runnable.run(); } finally { //3、使用之前备份的子线程ThreadLocal进行恢复 restore(backup); } } # Helper methods private static HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> captureTtlValues() { HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttl2Value = new HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object>(); for (TransmittableThreadLocal<Object>> threadLocal : holder.get().keySet()) { ttl2Value.put(threadLocal, threadLocal.copyValue()); } return ttl2Value; } private static Object replay(Object captured) { return new Snapshot(captureTtlValues(), captureThreadLocalValues()); }

正文

1、概述

ThreadLocal(TL)是Java中一种线程局部变量实现机制,他为每个线程提供一个单独的变量副本,保证多线程场景下,变量的线程安全。经常用于代替参数的显式传递。

InheritableThreadLocal(ITL)是JDK提供的TL增强版,而TransmittableThreadLocal(TTL)是阿里开源的ITL增强版

这些ThreadLocal在不同场景下有不同用途,我们来分析一下:

2、ThreadLocal

ThreadLocal主要的方法有四个:initialValue、set、get、remove

2.1、初始化——initialValule

当线程首次访问该ThreadLocal时(ThreadLocal.get()),会进行初始化赋值。我们常用两种方法初始化ThreadLocal

2.1.1、重写initialValue

ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<String>() {
    @Override
    protected String initialValue() {
        return "";
    }
};

2.1.2、调用ThreadLocal.withInitial

ThreadLocal<String> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> "");

他会创建一个SuppliedThreadLocal内部类

public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) {
    return new SuppliedThreadLocal<>(supplier);
}

该类重写了initialValue方法

static final class SuppliedThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {

    private final Supplier<? extends T> supplier;

    SuppliedThreadLocal(Supplier<? extends T> supplier) {
        this.supplier = Objects.requireNonNull(supplier);
    }

    @Override
    protected T initialValue() {
        //当该线程首次访问ThreadLocal时,会间接调用lambda表达式初始化
        return supplier.get();
    }
}

⚠️ITL并没有重新实现withInitial,如果使用withInitial则会创建STL,失去自己增强的特性

2.2、赋值——set

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

这里出现了一个关键属性ThreadLocalMap,类定义在ThreadLocal中,是Thread的成员变量

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

ThreadLocalMap内部还有一个内部类Entry,是存值的地方

static class ThreadLocalMap {
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
        Object value;
        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
            //ThreadLocal的引用是“key”
            super(k);
            //线程局部变量是value
            value = v;
        }
    }
    //Entry数组
    //value具体放在哪个index下,是由ThreadLocal的hashCode算出来的
    private Entry[] table;
}

2.3、取值——get

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    //1、获取线程的ThreadLocalMap
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        //2、根据ThreadLocal的hashCode,获取对应Entry下的value
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    //3、如果没有赋过值,则初始化
    return setInitialValue();
}

2.4、清空——remove

 public void remove() {
     ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
     if (m != null)
         //会将对应Entry、包括他的key、value手动置null
         m.remove(this);
 }

3、InheritableThreadLocal

3.1、TL在父子线程场景下存在的问题

我们先来看一个例子

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ThreadLocal<String> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> "A");
    threadLocal.set("B");
    Thread thread = new Thread(() -> {
        System.out.println("子线程ThreadLocal:" + threadLocal.get());
    }, "子线程");
    thread.start();
    thread.join();
}

打印结果如下,可见子线程的ThreadLocal是初始值,并没有使用父线程修改后的值:

子线程ThreadLocal:A

线程的ThreadLocalMap是首次访问时创建的,所以子线程使用ThreadLocal的时候,会初始化一个新的ThreadLocal,线程局部变量为默认值

⚠️所以,TL不具有遗传性

3.2、ITL的解决方案

为了解决TL子线程遗传性的问题,JDK引入了ITL

他继承ThreadLocal,重写了childValue、getMap、createMap三个方法

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);
    }
}

这里出现了inheritableThreadLocals,他存储的就是从父线程拷贝过来的ThreadLocal,这个值是在父线程首次修改ThreadLocal的时候赋值的,然后在子线程创建时拷贝过来的

//父线程部分:
public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    //该方法被ITL重写,访问inheritableThreadLocals为null
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
    //该方法同样被ITL重写,创建一个ThreadLocalMap赋值给inheritableThreadLocals
        createMap(t, value);
}

//子线程部分:
public Thread(Runnable target) {
    init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
}

private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize, AccessControlContext acc,
                      boolean inheritThreadLocals) {
    //省略一些代码...

    //获取当前线程(父线程、也就是创建子线程的线程)
    Thread parent = currentThread();
    //1、允许ThreadLocal遗传(这个默认为true)
    //2、inheritableThreadLocals不为空,因为父线程调用set了
    //父线程不调用set,那ThreadLocal就是初始值,那直接初始化就好了,也不用进该分支
    if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
        this.inheritableThreadLocals =
            ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
}

//createInheritedMap使用该构造函数,根据父线程的inheritableThreadLocals进行深拷贝
private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
    Entry[] parentTable = parentMap.table;
    int len = parentTable.length;
    setThreshold(len);
    table = new Entry[len];
    //深拷贝父线程ThreadLocalMap
    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) {
                //childValue被ITL重写,返回父线程ThreadLocal的值
                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++;
            }
        }
    }
}

使用ITL的效果

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadLocal<String> threadLocal = new InheritableThreadLocal<String>() {
            @Override
            protected String initialValue() {
                return "A";
            }
        };
        threadLocal.set("B");
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("子线程ThreadLocal:" + threadLocal.get());
        }, "子线程");
        thread.start();

        thread.join();
}

打印结果如下,子线程拷贝了父线程ThreadLocal:

子线程ThreadLocal:B

总结一下,ITL解决父子线程遗传性的核心思路是,将可遗传的ThreadLocal放在父线程新的ThreadLocalMap中,在子线程首次使用时进行拷贝

4.、TransmittableThreadLocal

4.1、ITL在线程复用场景下存在的问题

我们再从一个简单的例子说起

public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
    ThreadLocal<String> threadLocal = new InheritableThreadLocal<String>() {
        @Override
        protected String initialValue() {
            return "A";
        }
    };
    threadLocal.set("B");
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
    //1、子线程第一次获取ThreadLocal
    executorService.submit(() -> System.out.println("子线程ThreadLocal:"+threadLocal.get())).get();
    Thread.sleep(1000);
    //2、父线程修改ThreadLocal
    threadLocal.set("C");
    System.out.println("父线程修改ThreadLocal为"+threadLocal.get());
    //3、子线程第二次获取ThreadLocal
    executorService.submit(() -> System.out.println("子线程ThreadLocal:"+threadLocal.get())).get();
}

打印结果如下,子线程在第二次打印时,并没有拷贝父线程的ThreadLocal,使用的还是首次拷贝的值:

子线程ThreadLocal:B
父线程修改ThreadLocal为C
子线程ThreadLocal:B

⚠️可复用的子线程不会感知父线程ThreadLocal的变化

4.2、TTL的解决方案

4.2.1、TTL的使用

TTL在ITL上做了稍微复杂的封装,我们从使用开始了解

引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>transmittable-thread-local</artifactId>
    <version>latest</version>
</dependency>

在使用TTL时,线程需要经过TTL封装,线程池同理

public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
    ThreadLocal<String> threadLocal = new TransmittableThreadLocal<String>() {
        @Override
        protected String initialValue() {
            return "A";
        }
    };
    threadLocal.set("B");
    ExecutorService executorService = TtlExecutors.getTtlExecutorService(Executors.newFixedThreadPool(1));
    executorService.submit(() -> System.out.println("子线程ThreadLocal:" + threadLocal.get())).get();
    Thread.sleep(1000);
    threadLocal.set("C");
    System.out.println("父线程修改ThreadLocal为" + threadLocal.get());
    executorService.submit(() -> System.out.println("子线程ThreadLocal:" + threadLocal.get())).get();
    Thread.sleep(1000);
    executorService.submit(() -> {
        threadLocal.set("D");
        System.out.println("子线程修改ThreadLocal为" + threadLocal.get());
    });
    Thread.sleep(1000);
    executorService.submit(() -> System.out.println("子线程ThreadLocal:" + threadLocal.get()));
    Thread.sleep(1000);
}

打印结果如下,子线程每次都会获取父线程的ThreadLocal

子线程ThreadLocal:B
父线程修改ThreadLocal为C
子线程ThreadLocal:C
子线程修改ThreadLocal为D
子线程ThreadLocal:C

从使用上看,TTL要求将任务封装,那我们就从ThreadLocal和ExecutorService两部分入手

4.2.2、TTL对ThreadLocal的封装

下面是TTL的取值和赋值逻辑,都涉及一个关键方法addThisToHolder,对应的属性holder会在线程池执行任务时用到

//TransmittableThreadLocal.addThisToHolder()
private void addThisToHolder() {
    //InheritableThreadLocal<WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, ?>> holder
    if (!holder.get().containsKey(this)) {
        //holder是静态变量,他会把TTL存到当前线程的map中
        //value是null,他其实是把Map当Set用
        //主线程赋值时,会获取主线程的holderMap,然后把TTL存进去
        holder.get().put((TransmittableThreadLocal<Object>) this, null);
    }
}

@Override
public final void set(T value) {
    if (!disableIgnoreNullValueSemantics && null == value) {
        remove();
    } else {
        super.set(value);
        //当主线程赋值时,会将自己的TTL放到自己的map中
        addThisToHolder();
    }
}

@Override
public final T get() {
    T value = super.get();
    if (disableIgnoreNullValueSemantics || null != value) 
        addThisToHolder();
    return value;
}

4.2.3、TTL对任务的封装

//我们通过TtlExecutors.getTtlExecutorService()对线程池进行封装
public static ExecutorService getTtlExecutorService(@Nullable ExecutorService executorService) {
    if (TtlAgent.isTtlAgentLoaded() || executorService == null || executorService instanceof TtlEnhanced) {
        return executorService;
    }
    //入参是线程池,通过包装类代理线程池的操作
    return new ExecutorServiceTtlWrapper(executorService);
}

//ExecutorServiceTtlWrapper.submit()
public Future<?> submit(@NonNull Runnable task) {
    //将提交的任务进行封装
    return executorService.submit(TtlRunnable.get(task));
}

4.2.3.1、任务构建

TtlRunnable构造方法

这里都是主线程在操作,因为任务是主线程提交的

private TtlRunnable(@NonNull Runnable runnable, boolean releaseTtlValueReferenceAfterRun) {
    this.capturedRef = new AtomicReference<Object>(capture());
    this.runnable = runnable;
    this.releaseTtlValueReferenceAfterRun = releaseTtlValueReferenceAfterRun;
}

这里有一个关键属性capturedRef,他是一个原子引用,存了TTL

//TrasmitableThreadLocal.Transmitter
public static Object capture() {
    //获取ttl的值构建快照
    return new Snapshot(captureTtlValues(), captureThreadLocalValues());
}

private static HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> captureTtlValues() {
    HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttl2Value = new HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object>();
    for (TransmittableThreadLocal<Object> threadLocal : holder.get().keySet()) {
        //将主线程TTL的值存到当前任务中
        ttl2Value.put(threadLocal, threadLocal.copyValue());
    }
    return ttl2Value;
}

4.2.3.2、任务执行

任务执行的代码如下,在任务执行前回放ThreadLocal,在任务执行后恢复ThreadLocal:

这里都是子线程在操作,因为任务都是子线程执行的

@Override
public void run() {
    Object captured = capturedRef.get();
    if (captured == null || releaseTtlValueReferenceAfterRun && !capturedRef.compareAndSet(captured, null)) {
        throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after run!");
    }
    //1、备份子线程ThreadLocal
    //2、使用主线程提交任务时构建的ThreadLocal副本,将子线程ThreadLocal覆盖
    Object backup = replay(captured);
    try {
        //3、任务执行
        runnable.run();
    } finally {
        //3、使用之前备份的子线程ThreadLocal进行恢复
        restore(backup);
    }
}

总结一下,TTL让子线程感知父线程变化的核心思路是,主线程在任务提交时构建ThreadLocal副本,在子线程执行任务时供其使用

⚠️提交和执行任务会对TTL进行若干操作,理论上对性能有一点点影响,官方性能测试结论说损耗可忽略

TTL官方性能测试

作者:京东物流 刘朝永

来源:京东云开发者 自猿其说

与从TL、ITL到TT相似的内容:

从TL、ITL到TT

ThreadLocal(TL)、InheritableThreadLocal(ITL)和TransmittableThreadLocal(TTL)在不同场景下有不同用途,本文我们来分析一下

[转帖]从性能问题定位,扯到性能模型,再到 TCP - 都微服务云原生了,还学 TCP 干嘛系列 Part 1

https://blog.mygraphql.com/zh/posts/low-tec/network/tcp-flow-control-part1/ 引 本来想直接写理论、和实践分析的,但为了不 “赶客出門” 和不 TL;DR,还是以故事形式展开吧。语言要生动活泼。 故事的开始 话说,一次性能测试

从DDPM到DDIM (一) 极大似然估计与证据下界

从DDPM到DDIM (一) 极大似然估计与证据下界 现在网络上关于DDPM和DDIM的讲解有很多,但无论什么样的讲解,都不如自己推到一遍来的痛快。笔者希望就这篇文章,从头到尾对扩散模型做一次完整的推导。本文的很多部分都参考了 Calvin Luo[1] 和 Stanley Chan[2] 写的经典

从Mybatis-Plus开始认识SerializedLambda

从Mybatis-Plus开始认识SerializedLambda 背景 对于使用过Mybatis-Plus的Java开发者来说,肯定对以下代码不陌生: @TableName("t_user") @Data public class User { private String id; private

从基础到高级应用,详解用Python实现容器化和微服务架构

本文分享自华为云社区《Python微服务与容器化实践详解【从基础到高级应用】》,作者: 柠檬味拥抱。 Python中的容器化和微服务架构实践 在现代软件开发中,容器化和微服务架构已经成为主流。容器化技术使得应用程序可以在任何环境中一致运行,而微服务架构通过将应用拆分成多个独立的服务,从而提升了系统的

从DDPM到DDIM

现在网络上关于DDPM和DDIM的讲解有很多,但无论什么样的讲解,都不如自己推到一边来的痛快。笔者希望就这篇文章,从头到尾对扩散模型DDPM及其加速方法DDIM做一次完整的推导。

PixiJS源码分析系列: 第一章 从最简单的例子入手

从最简单的例子入手分析 PixiJS 源码 我一般是以使用角度作为切入点查看分析源码,例子中用到什么类,什么方法,再入源码。 高屋建瓴的角度咱也做不到啊,毕竟水平有限 pixijs 的源码之前折腾了半天都运行不起来,文档也没有明确说明如何调式 我在 github 上看到过也有歪果仁在问如何本地调式最

从 Helm 到 Operator:Kubernetes应用管理的进化

Helm 的作用 在开始前需要先对 kubernetes Operator 有个简单的认识。 以为我们在编写部署一些简单 Deployment 的时候只需要自己编写一个 yaml 文件然后 kubectl apply 即可。 apiVersion: apps/v1 kind: Deploymen

突破自我认知的壁垒

从之前非常迷茫到现在慢慢变清晰,其实我发现很多时候看似难以逾越的问题下要突破自我认知的壁垒,需要你有打破了重建的自我革命精神!你所看到的世界并不一定是真实的世界,都是在自我认知固化和以你的生活为蓝本的大数据编织的信息茧房中,就如同黑客帝国中的Matix一样,现实迷茫的时候你必须要突破自己的理解误区。

从一个双非本学渣到自学前端上岸,我都做了些什么

这个世界上其实大部分人还没有到那种需要拼天赋的程度,大家都是普通人,只要你想,别人能做的你也能做。这是我一直相信的。