深入研究java.lang.ThreadLocal類

一、概述

    ThreadLocal是什麼呢？其實ThreadLocal并非是一個線程的本地實作版本，它并不是一個Thread，而是threadlocalvariable(線程局部變量)。也許把它命名為ThreadLocalVar更加合适。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隐式引用，隻要線程是活動的并且 ThreadLocal 執行個體是可通路的；線上程消失之後，其線程局部執行個體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存取的資料，總是與目前線程相關，也就是說，JVM 為每個運作的線程，綁定了私有的本地執行個體存取空間，進而為多線程環境常出現的并發通路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？其實實作的思路很簡單，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，讓不同的線程排隊通路，而後者為每一個線程都提供了一份變量，是以可以同時通路而互不影響。

二、API說明

ThreadLocal()  

    建立一個線程本地變量。

T get()  

    傳回此線程局部變量的目前線程副本中的值，如果這是線程第一次調用該方法，則建立并初始化此副本。

protected  T initialValue()  

    傳回此線程局部變量的目前線程的初始值。最多在每次通路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() 方法通路變量的時候。如果線程先于 get 方法調用 set(T) 方法，則不會線上程中再調用 initialValue 方法。     若該實作隻傳回 null；如果程式員希望将線程局部變量初始化為 null 以外的某個值，則必須為 ThreadLocal 建立子類，并重寫此方法。通常，将使用匿名内部類。initialValue 的典型實作将調用一個适當的構造方法，并傳回新構造的對象。

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。如果再次通路此線程局部變量，那麼在預設情況下它将擁有其 initialValue。

void set(T value)

    将此線程局部變量的目前線程副本中的值設定為指定值。許多應用程式不需要這項功能，它們隻依賴于 initialValue() 方法來設定線程局部變量的值。     在程式中一般都重寫initialValue方法，以給定一個特定的初始值。

三、典型執行個體

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 {

            // 通過預設配置檔案hibernate.cfg.xml建立SessionFactory

            sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();

        } catch (Throwable ex) {

            log.error("初始化SessionFactory失敗！", ex);

            throw new ExceptionInInitializerError(ex);

        }

    }

    //建立線程局部變量session，用來儲存Hibernate的Session

    public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();      

    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);         //将新開的Session儲存到線程局部變量中

        }

        return s;

    }       public static void closeSession() throws HibernateException {

        //擷取線程局部變量，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，則首次建立線程局部變量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。是以，對session做了判斷，如果為null，則新開一個Session，并儲存到線程局部變量session中，這一步非常的關鍵，這也是“public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()”所建立對象session能強制轉換為Hibernate Session對象的原因。

2、另外一個執行個體

    建立一個Bean，通過不同的線程對象設定Bean屬性，保證各個線程Bean對象的獨立性。

public class Student {

    private int age = 0;   //年齡       public int getAge() {

        return this.age;

    }       public void setAge(int age) {

        this.age = age;

    }

}

public class ThreadLocalDemo implements Runnable {

    //建立線程局部變量studentLocal，在後面你會發現用來儲存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();

    }      

    public void accessStudent() {

        //擷取目前線程的名字

        String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();

        System.out.println(currentThreadName + " is running!");         //産生一個随機數并列印

        Random random = new Random();

        int age = random.nextInt(100);

        System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);         //擷取一個Student對象，并将随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() {

        //擷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) {

            //建立一個Student對象，并儲存到本地線程變量studentLocal中

            student = new Student();

            studentLocal.set(student);

        }

        return student;

    }

}

運作結果： 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在不同時刻列印的值是完全相同的。這個程式通過妙用ThreadLocal，既實作多線程并發，遊兼顧資料的安全性。

四、總結

    ThreadLocal使用場合主要解決多線程中資料資料因并發産生不一緻問題。ThreadLocal為每個線程的中并發通路的資料提供一個副本，通過通路副本來運作業務，這樣的結果是耗費了記憶體，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複雜度。     ThreadLocal不能使用原子類型，隻能使用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通路。但是ThreadLocal與synchronized有本質的差別。synchronized是利用鎖的機制，使變量或代碼塊在某一時該隻能被一個線程通路。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通路到的并不是同一個對象，這樣就隔離了多個線程對資料的資料共享。而Synchronized卻正好相反，它用于在多個線程間通信時能夠獲得資料共享。  Synchronized用于線程間的資料共享，而ThreadLocal則用于線程間的資料隔離。     當然ThreadLocal并不能替代synchronized,它們處理不同的問題域。Synchronized用于實作同步機制，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，建立一個ThreadLocal對象threadXxx，用來儲存線程間需要隔離處理的對象xxx。     2、在ThreadDemo類中，建立一個擷取要隔離通路的資料的方法getXxx()，在方法中判斷，若ThreadLocal對象為null時候，應該new()一個隔離通路類型的對象，并強制轉換為要應用的類型。     3、在ThreadDemo類的run()方法中，通過getXxx()方法擷取要操作的資料，這樣可以保證每個線程對應一個資料對象，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]