ThreadLocal, ThreadLocalRandom

ในบทเรียนนี้ เราจะพูดถึงโดยทั่วไปเกี่ยวกับการทำงานกับ คลาส java.lang.ThreadLocal<>และวิธีการใช้งานในสภาพแวดล้อมแบบมัลติเธรด

คลาสThreadLocalใช้สำหรับเก็บตัวแปร คุณสมบัติที่โดดเด่นของคลาสนี้คือเก็บสำเนาของค่าแยกต่างหากสำหรับแต่ละเธรดที่ใช้

เมื่อพิจารณาลึกลงไปในการทำงานของคลาส เราสามารถจินตนาการถึงแผนที่ที่แมปเธรดกับค่าต่างๆ ซึ่งเธรดปัจจุบันใช้ค่าที่เหมาะสมเมื่อจำเป็นต้องใช้

ตัวสร้างคลาส ThreadLocal

วิธีการ

รับ () & ชุด ()

ลองเขียนตัวอย่างที่เราสร้างสองเคาน์เตอร์ ตัวแรกเป็นตัวแปรธรรมดาสำหรับนับจำนวนเธรด ประการที่ สองเราจะห่อในThreadLocal และเราจะมาดูกันว่าพวกเขาทำงานร่วมกันอย่างไร ขั้นแรก มาเขียน คลาส ThreadDemoที่สืบทอดค่าRunnable และมีข้อมูลของเราและ เมธอดrun()ที่สำคัญทั้งหมด เราจะเพิ่มวิธีการแสดงตัวนับบนหน้าจอด้วย:

class ThreadDemo implements Runnable {

    int counter;
    ThreadLocal<Integer> threadLocalCounter = new ThreadLocal<>();

    public void run() {
        counter++;

        if(threadLocalCounter.get() != null) {
            threadLocalCounter.set(threadLocalCounter.get() + 1);
        } else {
            threadLocalCounter.set(0);
        }
        printCounters();
    }

    public void printCounters(){
        System.out.println("Counter: " + counter);
        System.out.println("threadLocalCounter: " + threadLocalCounter.get());
    }
}

ในแต่ละคลาสของเรา เราเพิ่มเคาน์เตอร์ตัวแปรเรียกเมธอดget()เพื่อรับข้อมูลจากตัวแปรThreadLocal หากเธรดใหม่ไม่มีข้อมูล เราจะตั้งค่าเป็น 0 หากมีข้อมูล เราจะเพิ่มทีละหนึ่ง และเขียน วิธีการ หลัก ของเรา :

public static void main(String[] args) {
    ThreadDemo threadDemo = new ThreadDemo();

    Thread t1 = new Thread(threadDemo);
    Thread t2 = new Thread(threadDemo);
    Thread t3 = new Thread(threadDemo);

    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();

}

เมื่อเรียกใช้คลาสของเรา เราจะเห็นว่า ตัวแปร ThreadLocalยังคงเหมือนเดิมโดยไม่คำนึงถึงเธรดที่เข้าถึงตัวแปรนั้น แต่จำนวนของเธรดจะเพิ่มขึ้น

ลบ()

เพื่อทำความเข้าใจว่า เมธอด Removeทำงานอย่างไร เราจะเปลี่ยนโค้ดเล็กน้อยใน คลาส ThreadDemo :

if(threadLocalCounter.get() != null) {
      threadLocalCounter.set(threadLocalCounter.get() + 1);
  } else {
      if (counter % 2 == 0) {
          threadLocalCounter.remove();
      } else {
          threadLocalCounter.set(0);
      }
  }

ในโค้ดนี้ ถ้าตัวนับเธรดเป็นเลขคู่ เราจะเรียกเมธอดremove()บนตัวแปรThreadLocal ของเรา ผลลัพธ์:

และที่นี่เราเห็นได้ง่ายว่า ตัวแปร ThreadLocalในเธรดที่สองเป็นnull

ThreadLocal.withInitial()

เมธอดนี้สร้างตัวแปรแบบเธรดโลคัล

การใช้งาน คลาส ThreadDemo :

class ThreadDemo implements Runnable {

    int counter;
    ThreadLocal<Integer> threadLocalCounter = ThreadLocal.withInitial(() -> 1);

    public void run() {
        counter++;
        printCounters();
    }

    public void printCounters(){
        System.out.println("Counter: " + counter);
        System.out.println("threadLocalCounter: " + threadLocalCounter.get());
    }
}

และเราสามารถดูผลลัพธ์ของรหัสของเรา:

ทำไมเราจึงควรใช้ตัวแปรดังกล่าว?

ThreadLocal ให้สิ่งที่เป็น นามธรรมเหนือตัวแปรโลคัลที่เกี่ยวข้องกับเธรดของการดำเนินการ java.lang.Thread

ตัวแปร ThreadLocalแตกต่างจากตัวแปรทั่วไปตรงที่แต่ละเธรดมีอินสแตนซ์เริ่มต้นของตัวแปรเป็นของตนเอง ซึ่งเข้าถึงได้ผ่านเมธอด get()และ set()

แต่ละเธรด เช่น ตัวอย่างของ คลาส เธรดมีการแม็พของ ตัวแปร ThreadLocalที่เกี่ยวข้อง คีย์ของแมปคือการอ้างอิงถึง อ็อบเจ็กต์ ThreadLocalและค่าต่างๆ เป็นการอ้างอิงถึงตัวแปรThreadLocal ที่ "ได้มา"

เหตุใดคลาส Random จึงไม่เหมาะสำหรับการสร้างตัวเลขสุ่มในแอปพลิเคชันแบบมัลติเธรด

เราใช้Random class เพื่อรับตัวเลขสุ่ม แต่มันทำงานได้ดีในสภาพแวดล้อมแบบมัลติเธรดหรือไม่? ที่จริงไม่ การสุ่มไม่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมแบบมัลติเธรด เนื่องจากเมื่อหลายเธรดเข้าถึงคลาสพร้อมกัน ประสิทธิภาพจะลดลง

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ JDK 7 ได้แนะนำ คลาส java.util.concurrent.ThreadLocalRandomเพื่อสร้างตัวเลขสุ่มในสภาพแวดล้อมแบบมัลติเธรด ประกอบด้วยสองคลาส: ThreadLocalและRandom

ตัวเลขสุ่มที่ได้รับจากหนึ่งเธรดนั้นไม่ขึ้นอยู่กับเธรดอื่น แต่java.util.Randomจัดเตรียมตัวเลขสุ่มทั่วโลก นอกจากนี้ ไม่เหมือนกับRandomตรงThreadLocalRandomไม่รองรับการเพาะอย่างชัดเจน แต่จะแทนที่เมธอดsetSeed()ที่สืบทอดมาจากRandomเพื่อให้ส่ง UnsupportedOperationException เสมอเมื่อเรียกใช้

มาดูเมธอดของ คลาส ThreadLocalRandom :

รับตัวเลขสุ่มโดยใช้ ThreadLocalRandom.current()

ThreadLocalRandomเป็นการรวมกันของคลาส ThreadLocalและ Random มันบรรลุประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในสภาพแวดล้อมแบบมัลติเธรดโดยหลีกเลี่ยงการเข้าถึงอินสแตนซ์ของคลาสแบบสุ่ม พร้อมกัน

ลองใช้ตัวอย่างที่เกี่ยวข้องกับหลายเธรดและดูแอปพลิเคชันของเรากับ คลาส ThreadLocalRandom :

import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

class RandomNumbers extends Thread {

    public void run() {
        try {
            int bound = 100;
            int result = ThreadLocalRandom.current().nextInt(bound);
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " generated " + result);
        }
        catch (Exception e) {
            System.out.println("Exception");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

				for (int i = 0; i < 10; i++) {
            RandomNumbers randomNumbers = new RandomNumbers();
            randomNumbers.start();
        }

        long endTime = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("Time taken: " + (endTime - startTime));
    }
}

ผลลัพธ์ของโปรแกรมของเรา:

และตอนนี้เรามาเปลี่ยน คลาส RandomNumbers ของเรา และใช้Randomในนั้น:

int result = new Random().nextInt(bound);

ในการสรุปและย้ำความแตกต่างระหว่าง คลาส RandomและThreadLocalRandom :