多线程---threadLocal

一 ：定义

threadLocal

JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序，ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量。

 

 

线程程序介绍

早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。

关于其变量

ThreadLocal很容易让人望文生义，想当然地认为是一个“本地线程”。其实，ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量，也许把它命名为ThreadLocalVariable更容易让人理解一些。

所以，在Java中编写线程局部变量的代码相对来说要笨拙一些，因此造成线程局部变量没有在Java开发者中得到很好的普及。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：

void set(Object value)

public void remove()

将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 1.5 新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。

protected Object initialValue()

返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。API方法也相应进行了调整，新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。

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类中定义了一个ThreadLocalMap，每一个Thread中都有一个该类型的变量——threadLocals——用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。

线程

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To keep state with a thread (user-id, transaction-id, logging-id) To cache objects which you need frequentlyThreadLocal类

它主要由四个方法组成initialValue()，get()，set(T)，remove()，其中值得注意的是initialValue()，该方法是一个protected的方法，显然是为了子类重写而特意实现的。该方法返回当前线程在该线程局部变量的初始值，这个方法是一个延迟调用方法，在一个线程第1次调用get()时才执行，并且仅执行1次（即：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）。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null：

线程举例

ThreadLocal的原理

在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。比如下面的示例实现：

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);

}

values.put(Thread.currentThread(), newValue);

return o ;

}

public Object initialValue()

{

return null;

}

}

使用方法

ThreadLocal 的使用

使用方法一：

Hibernate的文档时看到了关于使ThreadLocal管理多线程访问的部分。具体代码如下

1. public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();

2. public static Session currentSession() {

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

4. //open a new session,if this session has none

5. if(s == null){

6. s = sessionFactory.openSession();

7. session.set(s);

8. }

return s;

9. }

我们逐行分析

1。 初始化一个ThreadLocal对象，ThreadLocal有三个成员方法 get()、set()、initialvalue()。

如果不初始化initialvalue，则initialvalue返回null。

3。session的get根据当前线程返回其对应的线程内部变量，也就是我们需要的net.sf.hibernate.Session（相当于对应每个数据库连接）.多线程情况下共享数据库链接是不安全的。ThreadLocal保证了每个线程都有自己的s（数据库连接）。

5。如果是该线程初次访问，自然，s（数据库连接）会是null，接着创建一个Session，具体就是行6。

6。创建一个数据库连接实例 s

7。保存该数据库连接s到ThreadLocal中。

8。如果当前线程已经访问过数据库了，则从session中get()就可以获取该线程上次获取过的连接实例。

使用方法二

当要给线程初始化一个特殊值时，需要自己实现ThreadLocal的子类并重写该方法，通常使用一个内部匿名类对ThreadLocal进行子类化，EasyDBO中创建jdbc连接上下文就是这样做的：

public class JDBCContext{

private static Logger logger = Logger.getLogger(JDBCContext.class);

private DataSource ds;

protected Connection connection;

}

public static JDBCContext getJdbcContext(javax.sql.DataSource ds)

{

if(jdbcContext==null)jdbcContext=new JDBCContextThreadLocal(ds);

JDBCContext context = (JDBCContext) jdbcContext.get();

if (context == null) {

context = new JDBCContext(ds);

}

return context;

}

private static class JDBCContextThreadLocal extends ThreadLocal {

public javax.sql.DataSource ds;

public JDBCContextThreadLocal(javax.sql.DataSource ds)

{

this.ds=ds;

}

protected synchronized Object initialValue() {

return new JDBCContext(ds);

}

}

}

简单的实现版本

代码清单1 SimpleThreadLocal

public class SimpleThreadLocal {

private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

public void set(Object newValue) {

valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);①键为线程对象，值为本线程的变量副本

}

public Object get() {

valueMap.put(currentThread, o);

}

return o;

}

public void remove() {

valueMap.remove(Thread.currentThread());

}

public Object initialValue() {

return null;

}

}

虽然代码清单93这个ThreadLocal实现版本显得比较幼稚，但它和JDK所提供的ThreadLocal类在实现思路上是相近的。

实例

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举例

下面，我们通过一个具体的实例了解一下ThreadLocal的具体使用方法。

代码清单2 SequenceNumber

package com.baobaotao.basic;

public class SequenceNumber {
// ①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值
private static ThreadLocal seqNum = new ThreadLocal() {
public Integer initialValue() {
return 0;
}
};
// ②获取下一个序列值
public int getNextNum() {
seqNum.set((Integer) seqNum.get() + 1);
return (Integer) seqNum.get();
}
public static void main(String[] args) {
SequenceNumber sn = new SequenceNumber();
// ③ 3个线程共享sn，各自产生序列号
TestClient t1 = new TestClient(sn);
TestClient t2 = new TestClient(sn);
TestClient t3 = new TestClient(sn);
new Thread(t1).start();
new Thread(t2).start();
new Thread(t3).start();
}
}
class TestClient implements Runnable {
private SequenceNumber sn;
public TestClient(SequenceNumber sn) {
super();
this.sn = sn;
}
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
// ④每个线程打出3个序列值
System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName()
+ "] sn[" + sn.getNextNum() + "]");
}
}
}

分析

通常我们通过匿名内部类的方式定义ThreadLocal的子类，提供初始的变量值，如例子中①处所示。TestClient线程产生一组序列号，在③处，我们生成3个TestClient，它们共享同一个SequenceNumber实例。运行以上代码，在控制台上输出以下的结果：

thread[Thread-2] sn[1]

thread[Thread-0] sn[1]

thread[Thread-1] sn[1]

thread[Thread-2] sn[2]

thread[Thread-0] sn[2]

thread[Thread-1] sn[2]

thread[Thread-2] sn[3]

thread[Thread-0] sn[3]

thread[Thread-1] sn[3]

考察输出的结果信息，我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个SequenceNumber实例，但它们并没有发生相互干扰的情况，而是各自产生独立的序列号，这是因为我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。

ThreadLocal中的数据不是副本！！！！

用Integer来举例证明是错误的选择，integer在执行运算后已经不是原理的哪个integer了。

场景

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场景说明

在Java的多线程编程中，为保证多个线程对共享变量的安全访问，通常会使用synchronized来保证同一时刻只有一个线程对共享变量进行操作。这种情况下可以将类变量放到ThreadLocal类型的对象中，使变量在每个线程中都有独立拷贝，不会出现一个线程读取变量时而被另一个线程修改的现象。

下面举例说明：

public class QuerySvc {

private static ThreadLocal sqlHolder = new ThreadLocal();

public QuerySvc() {

}

public void execute() {

System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() +" Sql is " +sqlHolder.get());

System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() +" Thread Local variable Sql is " + sqlHolder.get());

}

public void setSql(String sql) {

sqlHolder.set(sql);

}

}

多线程访问

为了说明多线程访问对于类变量和ThreadLocal变量的影响，QuerySvc中分别设置了类变量sql和ThreadLocal变量，这种场景类似web应用中多个请求线程携带不同查询条件对一个servlet实例的访问，然后servlet调用业务对象，并传入不同查询条件，最后要保证每个请求得到的结果是对应的查询条件的结果。

使用QuerySvc的工作线程如下：

public class Work extends Thread {

private QuerySvc querySvc;

private String sql;

public Work(QuerySvc querySvc,String sql) {

this.querySvc = querySvc;

this.sql = sql;

}

public void run() {

querySvc.setSql(sql);

querySvc.execute();

}

}

运行线程代码如下：

QuerySvc qs = new QuerySvc();

for (int k=0; k<10; k++)

String sql = "Select * from table where id =" + k;

new Work(qs,sql).start();

}

先创建一个QuerySvc实例对象，而ThreadLocal中的值总是和set中设置的值一样，这样通过使用ThreadLocal获得了线程安全性。

如果一个对象要被多个线程访问，而该对象存在类变量被不同类方法读写，为获得线程安全，可以用ThreadLocal来替代类变量。

Thread同步机制的比较

说明

ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？ThreadLocal和线程同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。

在同步机制中，通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的，使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。

而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。

由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object对象，需要强制类型转换。但JDK 5.0通过泛型很好的解决了这个问题，在一定程度地简化ThreadLocal的使用，代码清单 9 2就使用了JDK 5.0新的ThreadLocal<T>版本。

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。

Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题

我们知道在一般情况下，TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态，因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了。

一般的Web应用划分为展现层、服务层和持久层三个层次，在不同的层中编写对应的逻辑，下层通过接口向上层开放功能调用。在一般情况下，从接收请求到返回响应所经过的所有程序调用都同属于一个线程，如图92所示：图1同一线程贯通三层

这样你就可以根据需要，将一些非线程安全的变量以ThreadLocal存放，在同一次请求响应的调用线程中，所有关联的对象引用到的都是同一个变量。

下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路：

代码清单3 TopicDao：非线程安全

public class TopicDao {

private Connection conn;①一个非线程安全的变量

public void addTopic(){

Statement stat = conn.createStatement();②引用非线程安全变量

…

}

}

由于①处的conn是成员变量，因为addTopic()方法是非线程安全的，必须在使用时创建一个新TopicDao实例（非singleton）。下面使用ThreadLocal对conn这个非线程安全的“状态”进行改造：

代码清单4 TopicDao：线程安全

import java.sql.Connection;

import java.sql.Statement;

public class TopicDao {

①使用ThreadLocal保存Connection变量

private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();

public static Connection getConnection(){

②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection，

并将其保存到线程本地变量中。

return connThreadLocal;

}

public void addTopic() {

④从ThreadLocal中获取线程对应的Connection

Statement stat = getConnection().createStatement();

}

}

不同的线程在使用TopicDao时，这样，就保证了不同的线程使用线程相关的Connection，而不会使用其它线程的Connection。因此，这个TopicDao就可以做到singleton共享了。

当然，这个例子本身很粗糙，将Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题，但无法和其它DAO共用同一个Connection，要做到同一事务多DAO共享同一Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。