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深入研究java.lang.ThreadLocal类


 

        一、概述

  ThreadLocal是什么呢?其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本,它并不是一个Thread,而是threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适。线程局部变量(ThreadLocal)其实的功用非常简单,就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本,是Java中一种较为特殊的线程绑定机制,是每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会和其它线程的副本冲突。

  从线程的角度看,每个线程都保持一个对其线程局部变量副本的隐式引用,只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的;在线程消失之后,其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收(除非存在对这些副本的其他引用)。

  通过ThreadLocal存取的数据,总是与当前线程相关,也就是说,JVM 为每个运行的线程,绑定了私有的本地实例存取空间,从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种隔离机制。

  ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?其实实现的思路很简单,在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每一个线程的变量的副本。

  概括起来说,对于多线程资源共享的问题,同步机制采用了“以时间换空间”的方式,而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量,让不同的线程排队访问,而后者为每一个线程都提供了一份变量,因此可以同时访问而互不影响。

  二、API说明

  ThreadLocal()

  创建一个线程本地变量。

  T get()

  返回此线程局部变量的当前线程副本中的值,如果这是线程第一次调用该方法,则创建并初始化此副本。

  protected T initialValue()

  返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次,即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(T) 方法,则不会在线程中再调用 initialValue 方法。

  若该实现只返回 null;如果程序员希望将线程局部变量初始化为 null 以外的某个值,则必须为 ThreadLocal 创建子类,并重写此方法。通常,将使用匿名内部类。initialValue 的典型实现将调用一个适当的构造方法,并返回新构造的对象。

  void remove()

  移除此线程局部变量的值。这可能有助于减少线程局部变量的存储需求。如果再次访问此线程局部变量,那么在默认情况下它将拥有其 initialValue。

  void set(T value)

  将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。许多应用程序不需要这项功能,它们只依赖于 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。

  在程序中一般都重写initialValue方法,以给定一个特定的初始值。

  三、典型实例

  1、Hiberante的Session 工具类HibernateUtil

  这个类是Hibernate官方文档中HibernateUtil类,用于session管理。

  public class HibernateUtil {

  private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);

  private static final SessionFactory sessionFactory; //定义SessionFactory

  static {

  try {

  // 通过默认配置文件hibernate.cfg.xml创建SessionFactory

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

  } catch (Throwable ex) {

  log.error(“初始化SessionFactory失败!”, ex);

  throw new ExceptionInInitializerError(ex);

  }

  }

  //创建线程局部变量session,用来保存Hibernate的Session

  public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();

  /**

  * 获取当前线程中的Session

  *

  @return Session

  *

  @throws HibernateException

  */

  public static Session currentSession() throws HibernateException {

  Session s = (Session) session.get();

  // 如果Session还没有打开,则新开一个Session

  if (s == null) {

  s = sessionFactory.openSession();

  session.set(s); //将新开的Session保存到线程局部变量中

  }

  return s;

  }

  public static void closeSession() throws HibernateException {

  //获取线程局部变量,并强制转换为Session类型

  Session s = (Session) session.get();

  session.set(null);

  if (s != null)

  s.close();

  }

  }

  在这个类中,由于没有重写ThreadLocal的initialValue()方法,则首次创建线程局部变量session其初始值为null,第一次调用currentSession()的时候,线程局部变量的get()方法也为null。因此,对session做了判断,如果为null,则新开一个Session,并保存到线程局部变量session中,这一步非常的关键,这也是“public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()”所创建对象session能强制转换为Hibernate Session对象的原因。

  2、另外一个实例

  创建一个Bean,通过不同的线程对象设置Bean属性,保证各个线程Bean对象的独立性。

  /**

  * Created by IntelliJ IDEA.

  * User: leizhimin

  * Date: 2007-11-23

  * Time: 10:45:02

  * 学生

  */

  public class Student {

  private int age = 0; //年龄

  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

  * 多线程下测试程序

  */

  public class ThreadLocalDemo implements Runnable {

  //创建线程局部变量studentLocal,在后面你会发现用来保存Student对象

  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();

  }

  /**

  * 示例业务方法,用来测试

  */

  public void accessStudent() {

  //获取当前线程的名字

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

  System.out.println(currentThreadName + ” is running!”);

  //产生一个随机数并打印

  Random random = new Random();

  int age = random.nextInt(100);

  System.out.println(“thread ” + currentThreadName + ” set age to:” + age);

  //获取一个Student对象,并将随机数年龄插入到对象属性中

  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() {

  //获取本地线程变量并强制转换为Student类型

  Student student = (Student) studentLocal.get();

  //线程首次执行此方法的时候,studentLocal.get()肯定为null

  if (student == null) {

  //创建一个Student对象,并保存到本地线程变量studentLocal中

  student = new Student();

  studentLocal.set(student);

  }

  return student;

  }

  }

  运行结果:

  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两个线程age在不同时刻打印的值是完全相同的。这个程序通过妙用ThreadLocal,既实现多线程并发,游兼顾数据的安全性。

  四、总结

  ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据数据因并发产生不一致问题。ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本,通过访问副本来运行业务,这样的结果是耗费了内存,单大大减少了线程同步所带来性能消耗,也减少了线程并发控制的复杂度。

  ThreadLocal不能使用原子类型,只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。

  ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别。synchronized是利用锁的机制,使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本,使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象,这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反,它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

  Synchronized用于线程间的数据共享,而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。

  当然ThreadLocal并不能替代synchronized,它们处理不同的问题域。Synchronized用于实现同步机制,比ThreadLocal更加复杂。

  五、ThreadLocal使用的一般步骤

  1、在多线程的类(如ThreadDemo类)中,创建一个ThreadLocal对象threadXxx,用来保存线程间需要隔离处理的对象xxx。

  2、在ThreadDemo类中,创建一个获取要隔离访问的数据的方法getXxx(),在方法中判断,若ThreadLocal对象为null时候,应该new()一个隔离访问类型的对象,并强制转换为要应用的类型。

  3、在ThreadDemo类的run()方法中,通过getXxx()方法获取要操作的数据,这样可以保证每个线程对应一个数据对象,在任何时刻都操作的是这个对象。