早在Java 1.2推出之時,Java平臺中就引入了一個新的支持:java.lang.ThreadLocal,給我們在編寫多線程程序時提供了一種新的選擇。使用這個工具類可以很簡潔地編寫出優美的多線程程序,雖然ThreadLocal非常有用,但是似乎現在瞭解它、使用它的朋友還不多。
ThreadLocal是什麼
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thread local variable(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,就好像每一個線程都完全擁有該變量。線程局部變量並不是Java的新發明,在其它的一些語言編譯器實現(如IBM XL FORTRAN)中,它在語言的層次提供了直接的支持。因爲Java中沒有提供在語言層次的直接支持,而是提供了一個ThreadLocal的類來提供支持,所以,在Java中編寫線程局部變量的代碼相對比較笨拙,這也許是線程局部變量沒有在Java中得到很好的普及的一個原因吧。
ThreadLocal的設計
首先看看ThreadLocal的接口:
Object get() ; // 返回當前線程的線程局部變量副本 protected Object initialValue(); // 返回該線程局部變量的當前線程的初始值void set(Object value); // 設置當前線程的線程局部變量副本的值
ThreadLocal有3個方法,其中值得注意的是initialValue(),該方法是一個protected的方法,顯然是爲了子類重寫而特意實現的。該方法返回當前線程在該線程局部變量的初始值,這個方法是一個延遲調用方法,在一個線程第1次調用get()或者set(Object)時才執行,並且僅執行1次。ThreadLocal中的確實實現直接返回一個null:
protected Object initialValue() { return null; } |
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。比如下面的示例實現:
public class ThreadLocal { private Map values = Collections.synchronizedMap(new HashMap()); public Object get() { Thread curThread = Thread.currentThread(); Object o = values.get(curThread); if (o == null && !values.containsKey(curThread)) { o = initialValue(); values.put(curThread, o); } return o; }
public void set(Object newValue) { values.put(Thread.currentThread(), newValue); }
public Object initialValue() { return null; } } |
當然,這並不是一個工業強度的實現,但JDK中的ThreadLocal的實現總體思路也類似於此。
ThreadLocal的使用
如果希望線程局部變量初始化其它值,那麼需要自己實現ThreadLocal的子類並重寫該方法,通常使用一個內部匿名類對ThreadLocal進行子類化,比如下面的例子,SerialNum類爲每一個類分配一個序號:
public class SerialNum { // The next serial number to be assigned
private static int nextSerialNum = 0; private static ThreadLocal serialNum = new ThreadLocal() { protected synchronized Object initialValue() { return new Integer(nextSerialNum++); } };
public static int get() { return ((Integer) (serialNum.get())).intValue(); } } |
SerialNum類的使用將非常地簡單,因爲get()方法是static的,所以在需要獲取當前線程的序號時,簡單地調用:
int serial = SerialNum.get(); |
即可。
在線程是活動的並且ThreadLocal對象是可訪問的時,該線程就持有一個到該線程局部變量副本的隱含引用,當該線程運行結束後,該線程擁有的所以線程局部變量的副本都將失效,並等待垃圾收集器收集。
ThreadLocal與其它同步機制的比較
ThreadLocal和其它同步機制相比有什麼優勢呢?ThreadLocal和其它所有的同步機制都是爲了解決多線程中的對同一變量
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