ThreadLocal並非一個Thread

ThreadLocal是什麼？

早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal爲解決多線程程序的併發問題提供了一種新的思路。使用這個工具類能夠很簡潔地編寫出優美的多線程程序。

ThreadLocal很容易讓人望文生義，想固然地認爲是一個「本地線程」。其實，ThreadLocal並非一個Thread，而是Thread的局部變量，也許把它命名爲ThreadLocalVariable更容易讓人理解一些。

當使用ThreadLocal維護變量時，ThreadLocal爲每一個使用該變量的線程提供獨立的變量副本，因此每個線程均可以獨立地改變本身的副本，而不會影響其它線程所對應的副本。

從線程的角度看，目標變量就象是線程的本地變量，這也是類名中「Local」所要表達的意思。

線程局部變量並非Java的新發明，不少語言（如IBM IBM XL FORTRAN）在語法層面就提供線程局部變量。在Java中沒有提供在語言級支持，而是變相地經過ThreadLocal的類提供支持。

因此，在Java中編寫線程局部變量的代碼相對來講要笨拙一些，所以形成線程局部變量沒有在Java開發者中獲得很好的普及。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal類接口很簡單，只有4個方法，咱們先來了解一下：

• void set(Object value)

設置當前線程的線程局部變量的值。

• public Object get()

該方法返回當前線程所對應的線程局部變量。

• public void remove()

將當前線程局部變量的值刪除，目的是爲了減小內存的佔用，該方法是JDK 5.0新增的方法。須要指出的是，當線程結束後，對應該線程的局部變量將自動被垃圾回收，因此顯式調用該方法清除線程的局部變量並非必須的操做，但它能夠加快內存回收的速度。

• protected Object initialValue()

返回該線程局部變量的初始值，該方法是一個protected的方法，顯然是爲了讓子類覆蓋而設計的。這個方法是一個延遲調用方法，在線程第1次調用get()或set(Object)時才執行，而且僅執行1次。ThreadLocal中的缺省實現直接返回一個null。

值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已經支持泛型，該類的類名已經變爲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()。

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副本，Map中元素的鍵爲線程對象，而值對應線程的變量副本。咱們本身就能夠提供一個簡單的實現版本：

代碼清單1 SimpleThreadLocal

public class SimpleThreadLocal {

private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

public void set(Object newValue) {

valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);①鍵爲線程對象，值爲本線程的變量副本

}

public Object get() {

Thread currentThread = Thread.currentThread();

Object o = valueMap.get(currentThread);②返回本線程對應的變量

if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {③若是在Map中不存在，放到Map

中保存起來。

o = initialValue();

valueMap.put(currentThread, o);

}

return o;

}

public void remove() {

valueMap.remove(Thread.currentThread());

}

public Object initialValue() {

return null;

}

}

雖然代碼清單9‑3這個ThreadLocal實現版本顯得比較幼稚，但它和JDK所提供的ThreadLocal類在實現思路上是相近的。

一個TheadLocal實例

下面，咱們經過一個具體的實例瞭解一下ThreadLocal的具體使用方法。

代碼清單2 SequenceNumber

package com.baobaotao.basic;

public class SequenceNumber {

①經過匿名內部類覆蓋ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值

private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>(){

public Integer initialValue(){

return 0;

}

};

②獲取下一個序列值

public int getNextNum(){

seqNum.set(seqNum.get()+1);

return seqNum.get();

}

public static void main(String[] args)

{

SequenceNumber sn = new SequenceNumber();

③ 3個線程共享sn，各自產生序列號

TestClient t1 = new TestClient(sn);

TestClient t2 = new TestClient(sn);

TestClient t3 = new TestClient(sn);

t1.start();

t2.start();

t3.start();

}

private static class TestClient extends Thread

{

private SequenceNumber sn;

public TestClient(SequenceNumber sn) {

this.sn = sn;

}

public void run()

{

for (int i = 0; i < 3; i++) {④每一個線程打出3個序列值

System.out.println("thread["+Thread.currentThread().getName()+

"] sn["+sn.getNextNum()+"]");

}

}

}

}

 

一般咱們經過匿名內部類的方式定義ThreadLocal的子類，提供初始的變量值，如例子中①處所示。TestClient線程產生一組序列號， 在③處，咱們生成3個TestClient，它們共享同一個SequenceNumber實例。運行以上代碼，在控制檯上輸出如下的結果：

thread[Thread-2] sn[1]

thread[Thread-0] sn[1]

thread[Thread-1] sn[1]

thread[Thread-2] sn[2]

thread[Thread-0] sn[2]

thread[Thread-1] sn[2]

thread[Thread-2] sn[3]

thread[Thread-0] sn[3]

thread[Thread-1] sn[3]

考察輸出的結果信息，咱們發現每一個線程所產生的序號雖然都共享同一個SequenceNumber實例，但它們並無發生相互干擾的狀況，而是各自產生獨立的序列號，這是由於咱們經過ThreadLocal爲每個線程提供了單獨的副本。

Thread同步機制的比較

ThreadLocal和線程同步機制相比有什麼優點呢？ThreadLocal和線程同步機制都是爲了解決多線程中相同變量的訪問衝突問題。

在同步機制中，經過對象的鎖機制保證同一時間只有一個線程訪問變量。這時該變量是多個線程共享的，使用同步機制要求程序慎密地分析何時對變量進行讀寫，何時須要鎖定某個對象，何時釋放對象鎖等繁雜的問題，程序設計和編寫難度相對較大。

而ThreadLocal則從另外一個角度來解決多線程的併發訪問。ThreadLocal會爲每個線程提供一個獨立的變量副本，從而隔離了多個線 程對數據的訪問衝突。由於每個線程都擁有本身的變量副本，從而也就沒有必要對該變量進行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的共享對象，在編 寫多線程代碼時，能夠把不安全的變量封裝進ThreadLocal。

因爲ThreadLocal中能夠持有任何類型的對象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object對象，須要強制類型轉換。但JDK 5.0經過泛型很好的解決了這個問題，在必定程度地簡化ThreadLocal的使用，代碼清單 9 2就使用了JDK 5.0新的ThreadLocal<T>版本。

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。

Spring使用ThreadLocal解決線程安全問題

咱們知道在通常狀況下，只有無狀態的Bean才能夠在多線程環境下共享，在Spring中，絕大部分Bean均可以聲明爲singleton做用 域。就是由於Spring對一些Bean（如RequestContextHolder、 TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非線程安全狀態採用 ThreadLocal進行處理，讓它們也成爲線程安全的狀態，由於有狀態的Bean就能夠在多線程中共享了。

通常的Web應用劃分爲展示層、服務層和持久層三個層次，在不一樣的層中編寫對應的邏輯，下層經過接口向上層開放功能調用。在通常狀況下，從接收請求到返回響應所通過的全部程序調用都同屬於一個線程，如圖9‑2所示：

圖1同一線程貫通三層

這樣你就能夠根據須要，將一些非線程安全的變量以ThreadLocal存放，在同一次請求響應的調用線程中，全部關聯的對象引用到的都是同一個變量。

下面的實例可以體現Spring對有狀態Bean的改造思路：

代碼清單3 TopicDao：非線程安全

public class TopicDao {

private Connection conn;①一個非線程安全的變量

public void addTopic(){

Statement stat = conn.createStatement();②引用非線程安全變量

…

}

}

因爲①處的conn是成員變量，由於addTopic()方法是非線程安全的，必須在使用時建立一個新TopicDao實例（非singleton）。下面使用ThreadLocal對conn這個非線程安全的「狀態」進行改造：

代碼清單4 TopicDao：線程安全

import java.sql.Connection;

import java.sql.Statement;

public class TopicDao {

①使用ThreadLocal保存Connection變量

private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();

public static Connection getConnection(){

②若是connThreadLocal沒有本線程對應的Connection建立一個新的Connection，

並將其保存到線程本地變量中。

if (connThreadLocal.get() == null) {

Connection conn = ConnectionManager.getConnection();

connThreadLocal.set(conn);

return conn;

}else{

return connThreadLocal.get();③直接返回線程本地變量

}

}

public void addTopic() {

④從ThreadLocal中獲取線程對應的Connection

Statement stat = getConnection().createStatement();

}

}

不一樣的線程在使用TopicDao時，先判斷connThreadLocal.get()是不是null，若是是null，則說明當前線程尚未對 應的Connection對象，這時建立一個Connection對象並添加到本地線程變量中；若是不爲null，則說明當前的線程已經擁有了 Connection對象，直接使用就能夠了。這樣，就保證了不一樣的線程使用線程相關的Connection，而不會使用其它線程的 Connection。所以，這個TopicDao就能夠作到singleton共享了。

固然，這個例子自己很粗糙，將Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能作到本DAO的多個方法共享Connection時 不發生線程安全問題，但沒法和其它DAO共用同一個Connection，要作到同一事務多DAO共享同一Connection，必須在一個共同的外部類 使用ThreadLocal保存Connection。

小結

ThreadLocal是解決線程安全問題一個很好的思路，它經過爲每一個線程提供一個獨立的變量副本解決了變量併發訪問的衝突問題。在不少狀況 下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機制解決線程安全問題更簡單，更方便，且結果程序擁有更高的併發性。