ThreadLocal淺析

jopen 11年前發布 | 12K 次閱讀 Java開發 ThreadLocal
一、概述
ThreadLocal是什么呢?其實ThreadLocal并非是一個線程的本地實現版本,它并不是一個Thread,而是 threadlocalvariable(線程局部變量)。也許把它命名為ThreadLocalVar更加合適。線程局部變量 (ThreadLocal)其實的功用非常簡單,就是為每一個使用該變量的線程都提供一個變量值的副本,是Java中一種較為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沖突。
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,只要線程是活動的并且 ThreadLocal 實例是可訪問的;在線程消失之后,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 為每個運行的線程,綁定了私有的本地實例存取空間,從而為多線程環境常出現的并發訪問問題提供了一種隔離機制。
ThreadLocal是如何做到為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,用于存儲每一個線程的變量的副本。
概括起來說,對于多線程資源共享的問題,同步機制采用了“以時間換空間”的方式,而ThreadLocal采用了“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,而后者為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,則創建并初始化此副本。
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。如果線程先于 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為 null 以外的某個值,則必須為 ThreadLocal 創建子類,并重寫此方法。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,并返回新構造的對象。
void remove()
          移除此線程局部變量的值。這可能有助于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,那么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為指定值。許多應用程序不需要這項功能,它們只依賴于 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,用于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,并強制轉換為Session類型
        Session s = (Session) session.get();
        session.set(null);
        if (s != null)
            s.close();
    }
}
在這個類中,由于沒有重寫ThreadLocal的initialValue()方法,則首次創建線程局部變量session其初始值為null,第一次調用currentSession()的時候,線程局部變量的get()方法也為null。因此,對session做了判斷,如果為null,則新開一個 Session,并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能強制轉換為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。

package threadlocal;

public class Student {
    private int age = 0;   //年齡
 
    public int getAge() {
        return this.age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

package threadlocal;

import java.util.Random;

public class ThreadLocalDemo implements Runnable {
    //創建線程局部變量studentLocal,在后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!");
        //產生一個隨機數并打印
        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,并將隨機數年齡插入到對象屬性中,
        //此時是a線程第一次調用Threadlocal的get方法,get返回null,實例化一個student并且將a線程放進threadlocal。
        //當b線程到來是,與a線程相同的歷程
        getStudent().setAge(age);
        //當a線程執行,此處調用getStudent方法,返回a線程的副本(student)
        //當b線程執行,返回b線程的副本
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " first read age is:" + getStudent().getAge());
        try {
            Thread.sleep(1000);
        }
        catch (InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " second read age is:" + getStudent().getAge());
    }
 
    protected Student getStudent() {
        //獲取本地線程變量并強制轉換為Student類型
        Student student = (Student) studentLocal.get();
        //線程首次執行此方法的時候,studentLocal.get()肯定為null
        if (student == null) {
         System.out.println("--------");
            //創建一個Student對象,并保存到本地線程變量studentLocal中
            student = new Student();
            studentLocal.set(student);
        }
        return student;
    }
}

注釋寫的可能不是很明白,如果有疑問可以留言進行交流。

運行結果

a is running!
b is running!
thread a set age to:99
thread b set age to:56
--------
--------
thread b first read age is:56
thread a first read age is:99
thread b second read age is:56
thread a second read age is:99

四、總結
ThreadLocal使用場合主要解決多線程中數據數據因并發產生不一致問題。ThreadLocal為每個線程的中并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,也減少了線程并發控制的復雜度。
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都用于解決多線程并發訪問。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為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并不是同一個對象,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,它用于在多個線程間通信時能夠獲得數據共享。
Synchronized用于線程間的數據共享,而ThreadLocal則用于線程間的數據隔離。
當然ThreadLocal并不能替代synchronized,它們處理不同的問題域。Synchronized用于實現同步機制,比ThreadLocal更加復雜。
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對象為null時候,應該new()一個隔離訪問類型的對象,并強制轉換為要應用的類型。
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。
本文主要參考 http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/51926/,第二個實例進行了改動。
 本文由用戶 jopen 自行上傳分享,僅供網友學習交流。所有權歸原作者,若您的權利被侵害,請聯系管理員。
 轉載本站原創文章,請注明出處,并保留原始鏈接、圖片水印。
 本站是一個以用戶分享為主的開源技術平臺,歡迎各類分享!