Java多線程基礎（十三）——Thread-Specific Storage（ThreadLocal）模式

1、定義

Thread-Specific Storage就是「線程獨有的存儲庫」，該模式會對每一個線程提供獨有的內存空間。
java.lang.ThreadLocal類提供了該模式的實現，ThreadLocal的實例是一種集合（collection）架構，該實例管理了不少對象，能夠想象成一個保管有大量保險箱的房間。

java.lang.ThreadLocal類的方法：

• public void set()

該方法會檢查當前調用線程，默認以該線程的Thread.currentThread()值做爲鍵，來保存指定的值。

• public Object get()

該方法會檢查當前調用線程，默認以該線程的Thread.currentThread()值做爲鍵，獲取保存指定的值。

2、模式案例

TSLog類：

//實際執行記錄日誌的類，每一個線程都會擁有一個該類的實例
public class TSLog {
    private PrintWriter writer = null;
    public TSLog(String filename) {
        try {
            writer = new PrintWriter(new FileWriter(filename));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void println(String s) {
        writer.println(s);
    }
    public void close() {
        writer.println("==== End of log ====");
        writer.close();
    }
}

Log類：

public class Log {
    private static final ThreadLocal<TSLog> tsLogCollection = new ThreadLocal<TSLog>();
    public static void println(String s) {
        getTSLog().println(s);
    }
    public static void close() {
        getTSLog().close();
    }
    private static TSLog getTSLog() {
        TSLog tsLog = (TSLog) tsLogCollection.get();
        if (tsLog == null) {
            tsLog = new TSLog(Thread.currentThread().getName() + "-log.txt");
            tsLogCollection.set(tsLog);
        }
        return tsLog;
    }
}

ClientThread類：

public class ClientThread extends Thread {
    public ClientThread(String name) {
        super(name);
    }
    public void run() {
        System.out.println(getName() + " BEGIN");
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Log.println("i = " + i);
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
        Log.close();
        System.out.println(getName() + " END");
    }
}

執行：
Alice、Bobby、Chris三個線程調用Log類的同一個方法，但實際上每一個線程都擁有獨自的TSLog實例。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new ClientThread("Alice").start();
        new ClientThread("Bobby").start();
        new ClientThread("Chris").start();
    }
}

3、模式講解

Thread-Specific Storage模式的角色以下：

• Client（委託人）參與者

Client參與者會將工做委託給TSObjectProxy參與者。（案例中的ClientThread類就是Client）

• TSObjectProxy（線程獨有對象的代理者）參與者

TSObjectProxy參與者會處理多個Client委託的工做。（案例中的Log類就是TSObjectProxy）

• TSObjectCollection（線程獨有對象的集合）參與者

（案例中的java.lang.ThreadLocal類就是TSObjectCollection）

• TSObject（線程獨有的對象）參與者

TSObject存放線程所特有的信息，TSObject實例的方法只會由單線程調用，由TSObjectCollection管理，每一個線程都擁有獨立的TSObject實例。（案例中的TSLog類就是TSObject）

4、ThreadLocal的原理

ThreadLocal類主要有四個方法：

一、初始化返回值的方法：
該方法實現只返回 null，而且修飾符爲protected，很明顯，若是用戶想返回初始值不爲null，則須要重寫該方法；

protected T initialValue() {
    return null;
}

二、get方法，獲取線程本地副本變量

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

三、set方法，設置線程本地副本變量

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

四、remove方法，移除線程本地副本變量

public void remove() {
 ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
 if (m != null)
     m.remove(this);
}

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若是須要咱們本身來設計ThreadLocal對象，那麼，通常的實現思路：
設計一個線程安全的Map，key就是當前線程對象，Value就是線程本地變量的值。

然而，JDK的實現思路：

讓每一個Thread對象，自身持有一個Map，這個Map的Key就是當前ThreadLocal對象，Value是本地線程變量值。相對於加鎖的實現方式，這樣作能夠提高性能，實際上是一種以時間換空間的思路。

ThreadLocal類有個getMap()方法，其實就是返回Thread對象自身的Map——threadLocals。

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

threadLocals是一種ThreadLocal.ThreadLocalMap類型的數據結構，做爲內部類定義在ThreadLocal類中，其內部採用一種WeakReference的方式保存鍵值對。