深刻研究java.lang.ThreadLocal類

時間  2019-11-17
標籤 深刻 研究 java.lang.threadlocal java lang threadlocal 欄目 Java 简体版
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深刻研究java.lang.ThreadLocal類
 
 
1、概述
 
ThreadLocal是什麼呢？其實ThreadLocal並不是是一個線程的本地實現版本，它並非一個Thread，而是threadlocalvariable(線程局部變量)。也許把它命名爲ThreadLocalVar更加合適。線程局部變量(ThreadLocal)其實的功用很是簡單，就是爲每個使用該變量的線程都提供一個變量值的副本，是Java中一種較爲特殊的線程綁定機制，是每個線程均可以獨立地改變本身的副本，而不會和其它線程的副本衝突。
 
從線程的角度看，每一個線程都保持一個對其線程局部變量副本的隱式引用，只要線程是活動的而且 ThreadLocal 實例是可訪問的；在線程消失以後，其線程局部實例的全部副本都會被垃圾回收（除非存在對這些副本的其餘引用）。
 
經過ThreadLocal存取的數據，老是與當前線程相關，也就是說，JVM 爲每一個運行的線程，綁定了私有的本地實例存取空間，從而爲多線程環境常出現的併發訪問問題提供了一種隔離機制。
 
ThreadLocal是如何作到爲每個線程維護變量的副本的呢？其實實現的思路很簡單，在ThreadLocal類中有一個Map，用於存儲每個線程的變量的副本。
 
歸納起來講，對於多線程資源共享的問題，同步機制採用了「以時間換空間」的方式，而ThreadLocal採用了「以空間換時間」的方式。前者僅提供一份變量，讓不一樣的線程排隊訪問，然後者爲每個線程都提供了一份變量，所以能夠同時訪問而互不影響。
 
2、API說明
 
ThreadLocal()
          建立一個線程本地變量。
 
T get()
          返回此線程局部變量的當前線程副本中的值，若是這是線程第一次調用該方法，則建立並初始化此副本。
 
protected  T initialValue()
          返回此線程局部變量的當前線程的初始值。最多在每次訪問線程來得到每一個線程局部變量時調用此方法一次，即線程第一次使用 get() 方法訪問變量的時候。若是線程先於 get 方法調用 set(T) 方法，則不會在線程中再調用 initialValue 方法。
 
   若該實現只返回 null；若是程序員但願將線程局部變量初始化爲 null 之外的某個值，則必須爲 ThreadLocal 建立子類，並重寫此方法。一般，將使用匿名內部類。initialValue 的典型實現將調用一個適當的構造方法，並返回新構造的對象。
 
void remove()
          移除此線程局部變量的值。這可能有助於減小線程局部變量的存儲需求。若是再次訪問此線程局部變量，那麼在默認狀況下它將擁有其 initialValue。
 
void set(T value)
          將此線程局部變量的當前線程副本中的值設置爲指定值。許多應用程序不須要這項功能，它們只依賴於 initialValue() 方法來設置線程局部變量的值。
 
在程序中通常都重寫initialValue方法，以給定一個特定的初始值。
 
 
3、典型實例
 
一、Hiberante的Session 工具類HibernateUtil
這個類是Hibernate官方文檔中HibernateUtil類，用於session管理。
 
public class HibernateUtil {
    private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
    private static final SessionFactory sessionFactory;     //定義SessionFactory
 
    static {
        try {
            // 經過默認配置文件hibernate.cfg.xml建立SessionFactory
            sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
        } catch (Throwable ex) {
            log.error("初始化SessionFactory失敗！", ex);
            throw new ExceptionInInitializerError(ex);
        }
    }

    //建立線程局部變量session，用來保存Hibernate的Session
    public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
 
    /**
     * 獲取當前線程中的Session
     * @return Session
     * @throws HibernateException
     */
    public static Session currentSession() throws HibernateException {
        Session s = (Session) session.get();
        // 若是Session尚未打開，則新開一個Session
        if (s == null) {
            s = sessionFactory.openSession();
            session.set(s);         //將新開的Session保存到線程局部變量中
        }
        return s;
    }
 
    public static void closeSession() throws HibernateException {
        //獲取線程局部變量，並強制轉換爲Session類型
        Session s = (Session) session.get();
        session.set(null);
        if (s != null)
            s.close();
    }
}
 
在這個類中，因爲沒有重寫ThreadLocal的initialValue()方法，則首次建立線程局部變量session其初始值爲null，第一次調用currentSession()的時候，線程局部變量的get()方法也爲null。所以，對session作了判斷，若是爲null，則新開一個Session，並保存到線程局部變量session中，這一步很是的關鍵，這也是「public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()」所建立對象session能強制轉換爲Hibernate Session對象的緣由。
 
二、另一個實例
建立一個Bean，經過不一樣的線程對象設置Bean屬性，保證各個線程Bean對象的獨立性。
 
/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:45:02
 * 學生
 */
public class Student {
    private int age = 0;   //年齡
 
    public int getAge() {
        return this.age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}
 
/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:53:33
 * 多線程下測試程序
 */
public class ThreadLocalDemo implements Runnable {
    //建立線程局部變量studentLocal，在後面你會發現用來保存Student對象
    private final static ThreadLocal studentLocal = new ThreadLocal();
 
    public static void main(String[] agrs) {
        ThreadLocalDemo td = new ThreadLocalDemo();
        Thread t1 = new Thread(td, "a");
        Thread t2 = new Thread(td, "b");
        t1.start();
        t2.start();
    }
 
    public void run() {
        accessStudent();
    }
 
    /**
     * 示例業務方法，用來測試
     */
    public void accessStudent() {
        //獲取當前線程的名字
        String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(currentThreadName + " is running!");
        //產生一個隨機數並打印
        Random random = new Random();
        int age = random.nextInt(100);
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);
        //獲取一個Student對象，並將隨機數年齡插入到對象屬性中
        Student student = getStudent();
        student.setAge(age);
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " first read age is:" + student.getAge());
        try {
            Thread.sleep(500);
        }
        catch (InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " second read age is:" + student.getAge());
    }
 
    protected Student getStudent() {
        //獲取本地線程變量並強制轉換爲Student類型
        Student student = (Student) studentLocal.get();
        //線程首次執行此方法的時候，studentLocal.get()確定爲null
        if (student == null) {
            //建立一個Student對象，並保存到本地線程變量studentLocal中
            student = new Student();
            studentLocal.set(student);
        }
        return student;
    }
}
 
運行結果：
a is running! 
thread a set age to:76 
b is running! 
thread b set age to:27 
thread a first read age is:76 
thread b first read age is:27 
thread a second read age is:76 
thread b second read age is:27 
 
能夠看到a、b兩個線程age在不一樣時刻打印的值是徹底相同的。這個程序經過妙用ThreadLocal，既實現多線程併發，遊兼顧數據的安全性。
 
4、總結
 
ThreadLocal使用場合主要解決多線程中數據數據因併發產生不一致問題。ThreadLocal爲每一個線程的中併發訪問的數據提供一個副本，經過訪問副原本運行業務，這樣的結果是耗費了內存，單大大減小了線程同步所帶來性能消耗，也減小了線程併發控制的複雜度。
 
ThreadLocal不能使用原子類型，只能使用Object類型。ThreadLocal的使用比synchronized要簡單得多。
 
ThreadLocal和Synchonized都用於解決多線程併發訪問。可是ThreadLocal與synchronized有本質的區別。synchronized是利用鎖的機制，使變量或代碼塊在某一時該只能被一個線程訪問。而ThreadLocal爲每個線程都提供了變量的副本，使得每一個線程在某一時間訪問到的並非同一個對象，這樣就隔離了多個線程對數據的數據共享。而Synchronized卻正好相反，它用於在多個線程間通訊時可以得到數據共享。
 
Synchronized用於線程間的數據共享，而ThreadLocal則用於線程間的數據隔離。
 
固然ThreadLocal並不能替代synchronized,它們處理不一樣的問題域。Synchronized用於實現同步機制，比ThreadLocal更加複雜。
 
 
5、ThreadLocal使用的通常步驟
 
一、在多線程的類（如ThreadDemo類）中，建立一個ThreadLocal對象threadXxx，用來保存線程間須要隔離處理的對象xxx。
二、在ThreadDemo類中，建立一個獲取要隔離訪問的數據的方法getXxx()，在方法中判斷，若ThreadLocal對象爲null時候，應該new()一個隔離訪問類型的對象，並強制轉換爲要應用的類型。
三、在ThreadDemo類的run()方法中，經過getXxx()方法獲取要操做的數據，這樣能夠保證每一個線程對應一個數據對象，在任什麼時候刻都操做的是這個對象。
 
 
參考文檔：
JDK 官方文檔
 
 
 
 

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