线程上下文设计模式(上)

Alleria Windrunner 2020-05-26

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什么是上下文

关于上下文（context），我们在开发的过程中经常会遇到，比如开发 struts2 的 ActionContext、Spring 中的 ApplicationContext，上下文是贯穿整个系统或阶段生命周期的对象，其中包含了系统全局的一些信息，比如登录之后的用户信息、账号信息，以及在程序每一个阶段运行时的数据。

在之前文章中定义的单例对象实际上也是上下文，并且它是贯穿整个程序运行的生命周期的上下文，比如以下代码就是典型的使用单例对象充当系统级别上下文的例子：

public final class ApplicationContext
{
    //在 Context 中保存 configuration 实例
    private ApplicationConfiguration configuration;
    //在 Context 中保存 runtimeinfor 实例
    private RuntimeInfo runtimeInfo;
    //...其他


    //采用 Holder 的方式实现单例
    private static class Holder
{
        private static ApplicationContext instance = new ApplicationContext();
    }


    public static ApplicationContext getContext()
{
        return Holder.instance;
    }


    public void setConfiguration(ApplicationConfiguration configuration)
{
        this.configuration = configuration;
    }


    public ApplicationConfiguration getConfiguration()
{
        return this.configuration;
    }


    public void setRuntimeInfo(RuntimeInfo runtimeInfo)
{
        this.runtimeInfo = runtimeInfo;
    }


    public RuntimeInfo getRuntimeInfo()
{
        return this.runtimeInfo;
    }
}

在上面的代码中我们不难发现，如果 configuration 和 runtimeInfo 的生命周期会随着被创建一直到系统运行结束，我们就可以将 ApplicationContext 称为系统的上下文，诸如 configuration 和 runtimeInfo 等其他实例属性则称为系统上下文成员。

当然在设计系统上下文时，除了要考虑到它的全局唯一性（单例设计模式保证）之外，还要考虑到有些成员只能被初始化一次，比如配置信息的加载，以及在多线程环境下，上下文成员的线程安全性。

线程上下文设计

在有些时候，单个线程执行的任务步骤会非常多，后一个步骤的输入有可能是前一个步骤的输出，比如在单个线程多步骤（阶段）执行时，为了使得功能单一，有时候我们会采用 GoF 职责链设计模式，如下图所示。

虽然有些时候后一个步骤未必会需要前一个步骤的输出结果，但是都需要将 context 从头到尾进行传递，假如方法参数比较少还可以容忍，如果方法参数比较多，在七八次的调用甚至十几次的调用，都需要从头到尾地传递 context，很显然这是一种比较烦琐的设计，那么我们就可以尝试采用线程的上下文设计来解决这样的问题。

private ConcurrentHashMap<Thread, ActionContext> contexts =
        new ConcurrentHashMap<>();
public ActionContext getActionContext()
{
ActionContext actionContext = contexts.get(Thread.currentThread());
    if (actionContext == null)
    {
        actionContext = new ActionContext();
        contexts.put(Thread.currentThread(), actionContext);
    }
    return actionContext;
}

不同的线程访问 getActionContext（）方法，每一个线程都将会获得不一样的 Action-Context 实例，原因是我们采用 Thread.currentThread（）作为 contexts 的 key 值，这样就可以保证线程之间上下文的独立性，同时也不用考虑 ActionContext 的线程安全性（因为始终只有一个线程访问 ActionContext），因此线程上下文又被称为“线程级别的单例”。

注意，通过这种方式定义线程上下文很可能会导致内存泄漏，contexts 是一个 Map 的数据结构，用当前线程做 key，当线程的生命周期结束后，contexts 中的 Thread 实例不会被释放，与之对应的 Value 也不会被释放，时间长了就会导致内存泄漏（Memory Leak），当然可以通过 soft reference 或者 weak reference 等引用类型，JVM 会主动尝试回收。

数据库

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