Java.lang.ThreadLocal类

Java.lang.ThreadLocal类
2010年12月09日
　　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)其实际的功用非常简单，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，使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
　　该类提供了线程局部变量。这些变量不同于它们的普通对应物，因为访问一个变量（通过其 get 或 set 方法）的每个线程都有自己的局部变量，它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的私有静态字段，它们希望将状态与某一个线程（例如，用户 ID 或事务 ID）相关联。
　　例如，在下面的类中，私有静态 ThreadLocal 实例（serialNum）为调用该类的静态 SerialNum.get() 方法的每个线程维护了一个"序列号"，该方法将返回当前线程的序列号。（线程的序列号是在第一次调用 SerialNum.get() 时分配的，并在后续调用中不会更改。） 
　　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。
　　public class Student { private int age = 0; //年龄 public int getAge() { return this.age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } } 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(); // 事实上这里直接new student()也是没有线程安全问题的，测试结果也是一样。局部变量不存在线程安全问题。 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。(这里不用ThreadLocal也是没问题的。直接new student()测试结果也是一样。局部变量不存在线程安全问题。)
　　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；也可以一开始就使用threadLocal的set方法设置好。
　　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。