Spring通過各種模板類降低了開發者使用各種數據持久技術的難度。這些模板類都是線程安全的，也就是說，多個DAO可以複用同一個模板實例而不會發生衝突。我們使用模板類訪問底層數據，根據持久化技術的不同，模板類需要綁定數據連接或會話的資源。但這些資源本身是非線程安全的，也就是說它們不能在同一時刻被多個線程共享。雖然模板類通過資源池獲取數據連接或會話，但資源池本身解決的是數據連接或會話的緩存問題，並非數據連接或會話的線程安全問題。
按照傳統經驗，如果某個對象是非線程安全的，在多線程環境下，對對象的訪問必須採用synchronized進行線程同步。但模板類並未採用線程同步機制，因爲線程同步會降低併發性，影響系統性能。此外，通過代碼同步解決線程安全的挑戰性很大，可能會增強好幾倍的實現難度。那麼模板類究竟仰仗何種魔法神功，可以在無須線程同步的情況下就化解線程安全的難題呢？答案就是ThreadLocal！
ThreadLocal在Spring中發揮着重要的作用，在管理request作用域的Bean、事務管理、任務調度、AOP等模塊都出現了它們的身影，起着舉足輕重的作用。
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。使用這個工具類可以很簡潔地編寫出優美的多線程程序。
ThreadLocal，顧名思義，它不是一個線程，而是線程的一個本地化對象。當工作於多線程中的對象使用ThreadLocal維護變量時，ThreadLocal爲每個使用該變量的線程分配一個獨立的變量副本。所以每一個線程都可以獨立地改變自己的副本，而不會影響其他線程所對應的副本。從線程的角度看，這個變量就像是線程的本地變量，這也是類名中“Local”所要表達的意思。
線程局部變量並不是Java的新發明，很多語言（如IBM XL、FORTRAN）在語法層面就提供線程局部變量。在Java中沒有提供語言級支持，而以一種變通的方法，通過ThreadLocal的類提供支持。所以，在Java中編寫線程局部變量的代碼相對來說要笨拙一些，這也是爲什麼線程局部變量沒有在Java開發者中得到很好普及的原因。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal類接口很簡單，只有4個方法，我們先來了解一下。
- 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，目的是爲了減少內存的佔用，該方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，當線程結束後，對應該線程的局部變量將自動被垃圾回收，所以顯式調用該方法清除線程的局部變量並不是必須的操作，但它可以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，並且僅執行1次。ThreadLocal中的默認實現直接返回一個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是如何做到爲每一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，用於存儲每一個線程的變量副本，Map中元素的鍵爲線程對象，而值對應線程的變量副本。
一個TheadLocal實例
我們通過一個具體的實例瞭解一下ThreadLocal的具體使用方法。
package cn.chinotan.service.thredLocal;
import com.google.common.util.concurrent.ThreadFactoryBuilder;
import java.util.concurrent.*;
/**
* @program: test
* @description: thredLocalDemo
* @author: xingcheng
* @create: 2018-09-09 17:13
**/
public class ThreadLocalDemo {
static ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>(){
// 進行初始化
@Override
protected Integer initialValue() {
return 0;
}
};
static Integer countRef = 0;
private Integer getNextCount() {
count.set(count.get() + 1);
return count.get();
}
private Integer getNextCountRef() {
countRef = countRef + 1;
return countRef;
}
public static void main(String[] args) {
ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
.setNameFormat("demo-pool-%d").build();
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(10, 10,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(), namedThreadFactory);
ThreadLocalDemo threadLocalDemo = new ThreadLocalDemo();
executorService.execute(new CountRun(threadLocalDemo));
executorService.execute(new CountRun(threadLocalDemo));
executorService.execute(new CountRun(threadLocalDemo));
// 參照
ThreadLocalDemo threadLocalDemoRef = new ThreadLocalDemo();
executorService.execute(new CountRunRef(threadLocalDemoRef));
executorService.execute(new CountRunRef(threadLocalDemoRef));
executorService.execute(new CountRunRef(threadLocalDemoRef));
executorService.shutdown();
}
static class CountRun implements Runnable{
private ThreadLocalDemo demo;
public CountRun(ThreadLocalDemo dem) {
demo = dem;
}
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 3; i++){
System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName()+ "] count [" + demo.getNextCount() + "]");
}
}
}
static class CountRunRef extends Thread{
private ThreadLocalDemo demo;
public CountRunRef(ThreadLocalDemo dem) {
demo = dem;
}
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 3; i++){
System.out.println("threadRef[" + Thread.currentThread().getName()+ "] count [" + demo.getNextCountRef() + "]");
}
}
}
}輸出：
考查輸出的結果信息，我們發現每個線程所產生的序號雖然都共享同一個Sequence Number實例，但它們並沒有發生相互干擾的情況，而是各自產生獨立的序列號，這是因爲我們通過ThreadLocal爲每一個線程提供了單獨的副本。
與Thread同步機制的比較
ThreadLocal和線程同步機制相比有什麼優勢呢？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，通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縝密地分析什麼時候對變量進行讀寫，什麼時候需要鎖定某個對象，什麼時候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則從另一個角度來解決多線程的併發訪問。ThreadLocal爲每一個線程提供一個獨立的變量副本，從而隔離了多個線程對訪問數據的衝突。因爲每一個線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對該變量進行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的對象封裝，在編寫多線程代碼時，可以把不安全的變量封裝進ThreadLocal。
由於ThreadLocal中可以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，需要強制類型轉換。但JDK 5.0通過泛型很好的解決了這個問題，在一定程度上簡化ThreadLocal的使用，代碼清單9-2就使用了JDK 5.0新的ThreadLocal<T>版本。
概括起來說，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：訪問串行化，對象共享化。而ThreadLocal採用了“以空間換時間”的方式：訪問並行化，對象獨享化。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問，而後者爲每一個線程都提供了一份變量，因此可以同時訪問而互不影響。
Spring使用ThreadLocal解決線程安全問題
我們知道在一般情況下，只有無狀態的Bean纔可以在多線程環境下共享，在Spring中，絕大部分Bean都可以聲明爲singleton作用域。就是因爲Spring對一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非線程安全的“狀態性對象”採用ThreadLocal進行封裝，讓它們也成爲線程安全的“狀態性對象”，因此有狀態的Bean就能夠以singleton的方式在多線程中正常工作了。
一般的Web應用劃分爲展現層、服務層和持久層三個層次，在不同的層中編寫對應的邏輯，下層通過接口向上層開放功能調用。在一般情況下，從接收請求到返回響應所經過的所有程序調用都同屬於一個線程，這樣用戶就可以根據需要，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，所有對象所訪問的同一ThreadLocal變量都是當前線程所綁定的。