深入研究java.lang.ThreadLocal類

深入研究java.lang.ThreadLocal類

一、概述

ThreadLocal是什麼呢？其實ThreadLocal並非是一個線程的本地實現版本，它並不是一個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)其實的功用非常簡單，就是爲每一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，是每一個線程都可以獨立地改變自己的副本，而不會和其它線程的副本衝突。

從線程的角度看，每個線程都保持一個對其線程局部變量副本的隱式引用，只要線程是活動的並且 ThreadLocal 實例是可訪問的；在線程消失之後，其線程局部實例的所有副本都會被垃圾回收（除非存在對這些副本的其他引用）。

通過ThreadLocal存取的數據，總是與當前線程相關，也就是說，JVM 爲每個運行的線程，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的副本。

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，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。

二、API說明

ThreadLocal()

         創建一個線程本地變量。

T get()

         返回此線程局部變量的當前線程副本中的值，如果這是線程第一次調用該方法，則創建並初始化此副本。

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獲得每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。如果線程先於 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；如果程序員希望將線程局部變量初始化爲 null 以外的某個值，則必須爲 ThreadLocal 創建子類，並重寫此方法。通常，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。這可能有助於減少線程局部變量的存儲需求。如果再次訪問此線程局部變量，那麼在默認情況下它將擁有其 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。許多應用程序不需要這項功能，它們只依賴於 initialValue() 方法來設置線程局部變量的值。

在程序中一般都重寫initialValue方法，以給定一個特定的初始值。

三、典型實例

1、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 {
           // 通過默認配置文件hibernate.cfg.xml創建SessionFactory
           sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
       } catch (Throwable ex) {
           log.error("初始化SessionFactory失敗！", ex);
           throw new ExceptionInInitializerError(ex);
       }
   }

   //創建線程局部變量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();
       // 如果Session還沒有打開，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，由於沒有重寫ThreadLocal的initialValue()方法，則首次創建線程局部變量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。因此，對session做了判斷，如果爲null，則新開一個Session，並保存到線程局部變量session中，這一步非常的關鍵，這也是“public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()”所創建對象session能強制轉換爲Hibernate Session對象的原因。

2、另外一個實例

創建一個Bean，通過不同的線程對象設置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 {
   //創建線程局部變量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()肯定爲null
       if (student == null) {
           //創建一個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

可以看到a、b兩個線程age在不同時刻打印的值是完全相同的。這個程序通過妙用ThreadLocal，既實現多線程併發，遊兼顧數據的安全性。

四、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爲每個線程的中併發訪問的數據提供一個副本，通過訪問副本來運行業務，這樣的結果是耗費了內存，單大大減少了線程同步所帶來性能消耗，也減少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。但是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爲每一個線程都提供了變量的副本，使得每個線程在某一時間訪問到的並不是同一個對象，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信時能夠獲得數據共享。

Synchronized用於線程間的數據共享，而ThreadLocal則用於線程間的數據隔離。

當然ThreadLocal並不能替代synchronized,它們處理不同的問題域。Synchronized用於實現同步機制，比ThreadLocal更加複雜。

五、ThreadLocal使用的一般步驟

1、在多線程的類（如ThreadDemo類）中，創建一個ThreadLocal對象threadXxx，用來保存線程間需要隔離處理的對象xxx。

2、在ThreadDemo類中，創建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。

3、在ThreadDemo類的run()方法中，通過getXxx()方法獲取要操作的數據，這樣可以保證每個線程對應一個數據對象，在任何時刻都操作的是這個對象。

參考文檔：

JDK 官方文檔

[url]http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article2a/271.html?id=319[/url]

[url]http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article2/2952.html?id=1648[/url]