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ThreadLoca的l类详解

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。

以上转自网络,看了源码后自己的理解:ThreadLocal叫“线程的本地变量”最合适,它为每个线程单独维护一个复本,这个复本实际上存储在当前线程实例的threadLocals变量中,即:t.threadLocals中,而这个threadLocals变量实际又是ThreadLocal的内部类ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例。ThreadLocalMap实际上就是个Map,它是以当前ThreadLcoal实例为key来存储。


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