多線程與一致性
為了提高我們程序的性能，很多時候我們都會使用多線程以解決各種場景，但隨之而來的是多線程帶來的數據一致性問題該如何解決。
如何解決一致性問題？
- 排隊：如果多個線程操作‘同一份數據’，那就排個隊吧，一個一個來，這樣后面一個線程總能得到最新的修改值，例如操作系統中的鎖，管程，屏障等都是這種排隊機制。<ins style="box-sizing: border-box;">缺點是：性能低。</ins>
- 投票：投票的機制就是多個人同時決策一件事，這個就涉及到了算法，往往會產生很多其他問題，比如欺詐
- 避免：直觀意思就是避免多個線程之間產生一致性問題，那該如何去做呢？例如git，ThreadLocal正是采用的這種避免的方式來完成多線程的執行
ThreadLocal定義：
定義：ThreadLocal提供了線程局部變量，一個線程局部變量在多個線程中分別由獨立的值（副本）。
提問：既然是每個線程獨有的，為什么不直接在調用線程的時候，在相應的線程方法里聲明這個局部變量呢？
答：同一個線程可能會調用到很多不同的類和方法，這樣就要在不同的地方用到這個變量，自己去實現，代價太大，用ThreadLocal更加方便，且線程安全。
線程模型
對應每個線程來說都有自己的獨占數據，這些數據事進行來分配的，每個線程都有一個ThreadLocalMap對象，它本身是一個hash表，里面會放一些線程的局部變量，而ThreadLocal的核心也是這個ThreadLocalMap。
4種核心應用場景
1.資源持有：
例如有三個不同的類，在一次web請求中調用這三個類，但是用戶是一個，那么用戶數據就可以保存在一個線程里。 如圖：
2.線程一致：
例如JDBC事務，我們每次對數據庫操作都會走getConnection，jdbc保證只要你是同一個線程過來的請求，不管是哪一個part，都返回的是同一個連接，就是使用ThreadLocal來做的，達到維護一致性的目的。Mybatis使用SqlSessionManager保證了我們同一個線程取出來的連接總是同一個。它是如何做到的呢？其實很簡單，就是內部使用了一個ThreadLocal。
3.線程安全：
如果一個線程的調用鏈路比較長，中間出現異常，那我們可以把出錯信息放在ThreadLocal里，然后在后續的鏈路中使用這個值，可以達到多線程在處理這個場景的時候保證線程安全。
4.并發計算：
例如一個大的任務，拆分成多個小任務，分別計算，最后再進行結果匯總，那么我們可以把每個線程的計算結果放進ThreadLocal中，最后進行匯總計算。 實現案例：比如需要統計一段時間內某個接口的調用量
線程不安全實現：
@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，首先我們是從內存里面讀取原來的值，放在了線程本地內存里。然后進行 +1 操作，再寫回到內存里。這個時候如果多個線程操作的話，有可能線程A這邊還沒來得及寫，線程B那邊讀取的是原來的值。這樣子的話就會造成數據不一致的問題。結果就會比預期的小。 結果明顯是count的值與我們所期望的值不一致
如何解決？
當然方法很多，比如加鎖，但今天我們要用ThreadLocal實現
@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();
}
}
這樣即可達到我們的計數目的。
還有很多方法可以實現，比如我們經常用的原子類Automatic或者synchronized等，他們的實現思想不同，加鎖和原子類使用的是【排隊】思想，而ThreadLocal使用的是【避免】思想，效率更高。
刮痧ThreadLocal源碼
API： ThreadLocal已經支持泛型，該類的類名已經變為ThreadLocal<T>。API方法也相應進行了調整，新版本的API方法分別是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。
1.set：
public void set(T value) {
//(1)獲取當前線程（調用者線程）
Thread t = Thread.currentThread();
//(2)以當前線程作為key值，去查找對應的線程變量，找到對應的map
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//(3)如果map不為null，就直接添加本地變量，key為當前線程，值為添加的本地變量值
if (map != null)
map.set(this, value);
//(4)如果map為null，說明首次添加，需要首先創建出對應的map
else
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals; //獲取線程自己的變量threadLocals，并綁定到當前調用線程的成員變量threadLocals上
}
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
createMap方法不僅創建了threadLocals，同時也將要添加的本地變量值添加到了threadLocals中。
先拿到當前的線程，然后通過它去拿到一個Map，如果這個Map存在，就把value塞進去，否則就創建一個新的。
2.get：
public T get() {
//(1)獲取當前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//(2)獲取當前線程的threadLocals變量
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//(3)如果threadLocals變量不為null，就可以在map中查找到本地變量的值
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//(4)執行到此處，threadLocals為null，調用該更改初始化當前線程的threadLocals變量
return setInitialValue();
}
private T setInitialValue() {
//protected T initialValue() {return null;}
T value = initialValue();
//獲取當前線程
Thread t = Thread.currentThread();
//以當前線程作為key值，去查找對應的線程變量，找到對應的map
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//如果map不為null，就直接添加本地變量，key為當前線程，值為添加的本地變量值
if (map != null)
map.set(this, value);
//如果map為null，說明首次添加，需要首先創建出對應的map
else
createMap(t, value);
return value;
}
先通過getMap方法拿到當前線程對應的Map，然后從里面取出value。如果沒有value，就調用ThreadLocal提供的初始化方法，初始化一個值。
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;
}
}
}
我們在開發一個多線程的程序時，往往會使用線程池。而線程池的功能就是線程的復用。那如果線程池和ThreadLocal在一起就可能會造成問題，所以使用完ThreadLocal，顯式調用一下remove方法。
ThreadLocal不支持繼承性，ThreadLocal類是不能提供子線程訪問父線程的本地變量的，而InheritableThreadLocal類則可以做到這個功能
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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