ThreadLocal類的實現用法

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，目的是為了減少內存的占用，該方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，當線程結束后，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并不是必須的操作，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，顯然是為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，并且僅執行1次。ThreadLocal中的缺省實現直接返回一個null。

模擬實現ThreadLocal代碼：

 1 public class ThreadShareData {
 2     static int num = 0;
 3     
 4     
 5     public static void main(String[] args) {
 6         Map<Thread, Integer> map = new HashMap<Thread, Integer>();
 7         for (int i = 0; i < 2; i++) {
 8             new Thread(new Runnable() {
 9                 @Override
10                 public void run() {
11                     int num = new Random().nextInt();
12                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+" get num: "+num);
13                     new A().get();
14                     new B().get();
15                 }
16             }).start();
17         }
18     }
19     
20     static class A{
21         public void get(){
22             System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get num: "+num);
23         }
24     }
25     
26     static class B{
27         public void get(){
28             System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get num: "+num);
29         }
30     }
31     
32 }

ThreadLocal的經典用法：

 1 public class ThreadLocalShareData2 {
 2     static ThreadLocal<People> threadLocal = new ThreadLocal<People>();
 3     public static void main(String[] args) {
 4         for (int i = 0; i < 2; i++) {
 5             new Thread(new Runnable() {
 6                 @Override
 7                 public void run() {
 8                     int data = new Random().nextInt();
 9                     People people = new People().getInstance();
10                     people.setName("name"+data);
11                     people.setAge(data);
12                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" set name "+people.getName()+" set age "+people.getAge());
13                     new A().get();
14                     new B().get();
15                 }
16             }).start();
17         }
18     }
19     
20     static class A{
21         public void get(){
22             System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get name "+new People().getInstance().getName()+" get age "+new People().getInstance().getAge());
23         }
24     }
25     static class B{
26         public void get(){
27             System.out.println("B: "+Thread.currentThread().getName() +"get name "+new People().getInstance().getName()+" get age "+new People().getInstance().getAge());
28         }
29     }
30     static class People{
31         private People(){
32             
33         }
34         public People getInstance(){
35             People people = threadLocal.get();
36             if(people == null){
37                 people = new People();
38                 threadLocal.set(people);
39             }
40             return people;
41         }
42         private int age;
43         private String name;
44         public int getAge() {
45             return age;
46         }
47         public String getName() {
48             return name;
49         }
50         public void setAge(int age) {
51             this.age = age;
52         }
53         public void setName(String name) {
54             this.name = name;
55         }
56     }
57 }

將ThreadLocal仿單例模式進行實現，更加面向對象。

在ThreadLocal類中有一個Map，用于存儲每一個線程的變量副本，Map中元素的鍵為線程對象，而值對應線程的變量副本。

 1 public class TestNum {  
 2     // ①通過匿名內部類覆蓋ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值  
 3     private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() {  
 4         public Integer initialValue() {  
 5             return 0;  
 6         }  
 7     };  
 8   
 9     // ②獲取下一個序列值  
10     public int getNextNum() {  
11         seqNum.set(seqNum.get() + 1);  
12         return seqNum.get();  
13     }  
14   
15     public static void main(String[] args) {  
16         TestNum sn = new TestNum();  
17         // ③ 3個線程共享sn，各自產生序列號  
18         TestClient t1 = new TestClient(sn);  
19         TestClient t2 = new TestClient(sn);  
20         TestClient t3 = new TestClient(sn);  
21         t1.start();  
22         t2.start();  
23         t3.start();  
24     }  
25   
26     private static class TestClient extends Thread {  
27         private TestNum sn;  
28   
29         public TestClient(TestNum sn) {  
30             this.sn = sn;  
31         }  
32   
33         public void run() {  
34             for (int i = 0; i < 3; i++) {  
35                 // ④每個線程打出3個序列值  
36                 System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] --> sn["  
37                          + sn.getNextNum() + "]");  
38             }  
39         }  
40     }  
41 }  

我們發現每個線程所產生的序號雖然都共享同一個TestNum實例，但它們并沒有發生相互干擾的情況，而是各自產生獨立的序列號，這是因為我們通過ThreadLocal為每一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么優勢呢？ThreadLocal和線程同步機制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題。

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慎密地分析什么時候對變量進行讀寫，什么時候需要鎖定某個對象，什么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并發訪問。ThreadLocal會為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數據的訪問沖突。因為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提供了線程安全的共享對象，在編寫多線程代碼時，可以把不安全的變量封裝進ThreadLocal。

由于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。

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。

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才可以在多線程環境下共享，在Spring中，絕大部分Bean都可以聲明為singleton作用域。就是因為Spring對一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非線程安全狀態采用ThreadLocal進行處理，讓它們也成為線程安全的狀態，因為有狀態的Bean就可以在多線程中共享了。

一般的Web應用劃分為展現層、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于一個線程，如圖9?2所示：

同一線程貫通三層這樣你就可以根據需要，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，所有關聯的對象引用到的都是同一個變量。

下面的實例能夠體現Spring對有狀態Bean的改造思路：

非線程安全代碼：

1 public class TestDao {  
2     private Connection conn;// ①一個非線程安全的變量  
3   
4     public void addTopic() throws SQLException {  
5         Statement stat = conn.createStatement();// ②引用非線程安全變量  
6         // …  
7     }  
8 }  

線程安全代碼：

 1 public class TestDaoNew {  
 2     // ①使用ThreadLocal保存Connection變量  
 3     private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();  
 4   
 5     public static Connection getConnection() {  
 6         // ②如果connThreadLocal沒有本線程對應的Connection創建一個新的Connection，  
 7         // 并將其保存到線程本地變量中。  
 8         if (connThreadLocal.get() == null) {  
 9             Connection conn = getConnection();  
10             connThreadLocal.set(conn);  
11             return conn;  
12         } else {  
13             return connThreadLocal.get();// ③直接返回線程本地變量  
14         }  
15     }  
16   
17     public void addTopic() throws SQLException {  
18         // ④從ThreadLocal中獲取線程對應的Connection  
19         Statement stat = getConnection().createStatement();  
20     }  
21 }  

不同的線程在使用TopicDao時，先判斷connThreadLocal.get()是否是null，如果是null，則說明當前線程還沒有對應的Connection對象，這時創建一個Connection對象并添加到本地線程變量中；如果不為null，則說明當前的線程已經擁有了Connection對象，直接使用就可以了。這樣，就保證了不同的線程使用線程相關的Connection，而不會使用其它線程的Connection。因此，這個TopicDao就可以做到singleton共享了。

當然，這個例子本身很粗糙，將Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多個方法共享Connection時不發生線程安全問題，但無法和其它DAO共用同一個Connection，要做到同一事務多DAO共享同一Connection，必須在一個共同的外部類使用ThreadLocal保存Connection。

 1 public class ConnectionManager {  
 2   
 3     private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {  
 4         @Override  
 5         protected Connection initialValue() {  
 6             Connection conn = null;  
 7             try {  
 8                 conn = DriverManager.getConnection(  
 9                         "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",  
10                         "password");  
11             } catch (SQLException e) {  
12                 e.printStackTrace();  
13             }  
14             return conn;  
15         }  
16     };  
17   
18     public static Connection getConnection() {  
19         return connectionHolder.get();  
20     }  
21   
22     public static void setConnection(Connection conn) {  
23         connectionHolder.set(conn);  
24     }  
25 }  

還有一個經典實例，在HibernateUtil中，用于session的管理：

 1 public class HibernateUtil {
 2     private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
 3     private static final SessionFactory sessionFactory;     //定義SessionFactory
 4  
 5     static {
 6         try {
 7             // 通過默認配置文件hibernate.cfg.xml創建SessionFactory
 8             sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
 9         } catch (Throwable ex) {
10             log.error("初始化SessionFactory失敗！", ex);
11             throw new ExceptionInInitializerError(ex);
12         }
13     }
14 
15     //創建線程局部變量session，用來保存Hibernate的Session
16     public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
17  
18     /**
19      * 獲取當前線程中的Session
20      * @return Session
21      * @throws HibernateException
22      */
23     public static Session currentSession() throws HibernateException {
24         Session s = (Session) session.get();
25         // 如果Session還沒有打開，則新開一個Session
26         if (s == null) {
27             s = sessionFactory.openSession();
28             session.set(s);         //將新開的Session保存到線程局部變量中
29         }
30         return s;
31     }
32  
33     public static void closeSession() throws HibernateException {
34         //獲取線程局部變量，并強制轉換為Session類型
35         Session s = (Session) session.get();
36         session.set(null);
37         if (s != null)
38             s.close();
39     }
40 }

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。