ThreadLocal 线程内的数据共享（线程间隔离）

package multithreading;import java.util.Random;//ThreadLocal<Integer>内部是用Map<Thread,Integer>实现的，线程之间独立数据//localData单个变量//ThreadScopeData  多个变量的集合public class ThreadLocalTest {static ThreadLocal<Integer> localData=new ThreadLocal<Integer>();static class A{public static void getData(){System.out.println("Class A在"+Thread.currentThread().getName()+"取得localData："+localData.get());//获得当前线程的数据ThreadScopeData data=ThreadScopeData.getInstance();System.out.println("Class A在"+Thread.currentThread().getName()+"取得ThreadScopeData："+data.name+data.age);}}static class B{public static void getData(){System.out.println("Class B在"+Thread.currentThread().getName()+"取得localData："+localData.get());//获得当前线程的数据ThreadScopeData data=ThreadScopeData.getInstance();System.out.println("Class B在"+Thread.currentThread().getName()+"取得ThreadScopeData："+data.name+data.age);}}public static void main(String[] args) {for(int i=1;i<=2;i++){//启动2个线程new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//产生并保存数据int intData=new Random().nextInt(100);//====================1个变量===========================System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"产生数据"+intData+"。保存在localData");localData.set(intData);//====================多个变量===========================System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"产生数据保存在ThreadScopeData");ThreadScopeData data=ThreadScopeData.getInstance();data.age=intData;data.name="name"+String.valueOf(intData);//============线程模块去数据================== A.getData(); B.getData();}}).start();}}}class ThreadScopeData{public String name;public int age;//单例private ThreadScopeData(){}private static ThreadLocal<ThreadScopeData> map=new ThreadLocal<ThreadScopeData>();public static ThreadScopeData getInstance(){ThreadScopeData instance=map.get();//每个线程都有独立的数据if(instance==null){instance=new ThreadScopeData();map.set(instance);}return instance;}}

原理

package multithreading;import java.util.HashMap;import java.util.Map;import java.util.Random;public class ThreadShareData {/** * 多个线程调用相同代码 但是线程之间独立数据 * Tread1 对应connection1 (conn.beginTransaction 。。。汇款，取款。。。conn.commit) * Tread2 对应connection2 (conn.beginTransaction 。。。汇款，取款。。。conn.commit) * 线程1不应该与线程2操作相同的connection，不然导致线程2汇完款还没取款就被线程1提交了 *  */static Map<Thread, Integer> dataMap=new HashMap<Thread, Integer>();public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 3; i++) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {int data=new Random().nextInt();dataMap.put(Thread.currentThread(), data);new Option1().get();new Option2().put();}}).start();}}static class Option1{void get(){System.out.println("Option1 Thread:"+Thread.currentThread().getName()+"。get Data:"+dataMap.get(Thread.currentThread()));}}static class Option2{void put(){System.out.println("Option2 Thread:"+Thread.currentThread().getName()+"。put Data:"+dataMap.get(Thread.currentThread()));}}}

一个TheadLocal实例 

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9-4  SequenceNumber 

Java代码  

1. package com.baobaotao.basic;  
2.   
3. public class SequenceNumber {  
4.        
5.         //①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值  
6.     private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>(){  
7.         public Integer initialValue(){  
8.             return 0;  
9.         }  
10.     };  
11.        
12.         //②获取下一个序列值  
13.     public int getNextNum(){  
14.         seqNum.set(seqNum.get()+1);  
15.         return seqNum.get();  
16.     }  
17.       
18.     public static void main(String[ ] args)   
19.     {  
20.           SequenceNumber sn = new SequenceNumber();  
21.            
22.          //③ 3个线程共享sn，各自产生序列号  
23.          TestClient t1 = new TestClient(sn);    
24.          TestClient t2 = new TestClient(sn);  
25.          TestClient t3 = new TestClient(sn);  
26.          t1.start();  
27.          t2.start();  
28.          t3.start();  
29.     }     
30.     private static class TestClient extends Thread  
31.     {  
32.         private SequenceNumber sn;  
33.         public TestClient(SequenceNumber sn) {  
34.             this.sn = sn;  
35.         }  
36.         public void run()  
37.         {  
38.                         //④每个线程打出3个序列值  
39.             for (int i = 0; i < 3; i++) {  
40.             System.out.println("thread["+Thread.currentThread().getName()+  
41. "] sn["+sn.getNextNum()+"]");  
42.             }  
43.         }  
44.     }  
45. }  

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： 

引用

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]

考查输出的结果信息，我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个Sequence Number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

与Thread同步机制的比较 

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缜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。ThreadLocal为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对访问数据的冲突。因为每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的对象封装，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，在一定程度上简化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：访问串行化，对象共享化。而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式：访问并行化，对象独享化。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，只有无状态的Bean才可以在多线程环境下共享，在Spring中，绝大部分Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非线程安全的“状态性对象”采用ThreadLocal进行封装，让它们也成为线程安全的“状态性对象”，因此有状态的Bean就能够以singleton的方式在多线程中正常工作了。 

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9-2所示。 

 

这样用户就可以根据需要，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，所有对象所访问的同一ThreadLocal变量都是当前线程所绑定的。 
下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路： 

代码清单9-5  TopicDao：非线程安全 

Java代码  

1. public class TopicDao {  
2.    //①一个非线程安全的变量  
3.    private Connection conn;   
4.    public void addTopic(){  
5.         //②引用非线程安全变量  
6.        Statement stat = conn.createStatement();  
7.        …  
8.    }  
9. }  

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9-6  TopicDao：线程安全 

Java代码  

1. import java.sql.Connection;  
2. import java.sql.Statement;  
3. public class TopicDao {  
4.   
5.   //①使用ThreadLocal保存Connection变量  
6. private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();  
7. public static Connection getConnection(){  
8.            
9.         //②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection，  
10.         //并将其保存到线程本地变量中。  
11. if (connThreadLocal.get() == null) {  
12.             Connection conn = ConnectionManager.getConnection();  
13.             connThreadLocal.set(conn);  
14.               return conn;  
15.         }else{  
16.               //③直接返回线程本地变量  
17.             return connThreadLocal.get();  
18.         }  
19.     }  
20.     public void addTopic() {  
21.   
22.         //④从ThreadLocal中获取线程对应的  
23.          Statement stat = getConnection().createStatement();  
24.     }  
25. }  

不同的线程在使用TopicDao时，先判断connThreadLocal.get()是否为null，如果为null，则说明当前线程还没有对应的Connection对象，这时创建一个Connection对象并添加到本地线程变量中；如果不为null，则说明当前的线程已经拥有了Connection对象，直接使用就可以了。这样，就保证了不同的线程使用线程相关的Connection，而不会使用其他线程的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，但无法和其他Dao共用同一个Connection，要做到同一事务多Dao共享同一个Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。但这个实例基本上说明了Spring对有状态类线程安全化的解决思路。在本章后面的内容中，我们将详细说明Spring如何通过ThreadLocal解决事务管理的问题。