ThreadLocal是什么
早在JDK 1.2的版本中就提供Java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal為解決多線程程序的并發(fā)問題提供了一種新的思路。使用這個(gè)工具類可以很簡(jiǎn)潔地編寫出優(yōu)美的多線程程序。
當(dāng)使用ThreadLocal維護(hù)變量時(shí)，ThreadLocal為每個(gè)使用該變量的線程提供獨(dú)立的變量副本，所以每一個(gè)線程都可以獨(dú)立地改變自己的副本，而不會(huì)影響其它線程所對(duì)應(yīng)的副本。
從線程的角度看，目標(biāo)變量就象是線程的本地變量，這也是類名中“Local”所要表達(dá)的意思。
所以，在Java中編寫線程局部變量的代碼相對(duì)來說要笨拙一些，因此造成線程局部變量沒有在Java開發(fā)者中得到很好的普及。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal類接口很簡(jiǎn)單，只有4個(gè)方法，我們先來了解一下：
- void set(Object value)設(shè)置當(dāng)前線程的線程局部變量的值。
- public Object get()該方法返回當(dāng)前線程所對(duì)應(yīng)的線程局部變量。
- public void remove()將當(dāng)前線程局部變量的值刪除，目的是為了減少內(nèi)存的占用，該方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，當(dāng)線程結(jié)束后，對(duì)應(yīng)該線程的局部變量將自動(dòng)被垃圾回收，所以顯式調(diào)用該方法清除線程的局部變量并不是必須的操作，但它可以加快內(nèi)存回收的速度。
- protected Object initialValue()返回該線程局部變量的初始值，該方法是一個(gè)protected的方法，顯然是為了讓子類覆蓋而設(shè)計(jì)的。這個(gè)方法是一個(gè)延遲調(diào)用方法，在線程第1次調(diào)用get()或set(Object)時(shí)才執(zhí)行，并且僅執(zhí)行1次。ThreadLocal中的缺省實(shí)現(xiàn)直接返回一個(gè)null。
值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已經(jīng)支持泛型，該類的類名已經(jīng)變?yōu)門hreadLocal<T>。API方法也相應(yīng)進(jìn)行了調(diào)整，新版本的API方法分別是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。
ThreadLocal是如何做到為每一個(gè)線程維護(hù)變量的副本的呢？其實(shí)實(shí)現(xiàn)的思路很簡(jiǎn)單：在ThreadLocal類中有一個(gè)Map，用于存儲(chǔ)每一個(gè)線程的變量副本，Map中元素的鍵為線程對(duì)象，而值對(duì)應(yīng)線程的變量副本。我們自己就可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)版本：
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package com.test; public class TestNum { // ①通過匿名內(nèi)部類覆蓋ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值 private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() { public Integer initialValue() { return 0; } }; // ②獲取下一個(gè)序列值 public int getNextNum() { seqNum.set(seqNum.get() + 1); return seqNum.get(); } public static void main(String[] args) { TestNum sn = new TestNum(); // ③ 3個(gè)線程共享sn，各自產(chǎn)生序列號(hào) TestClient t1 = new TestClient(sn); TestClient t2 = new TestClient(sn); TestClient t3 = new TestClient(sn); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } private static class TestClient extends Thread { private TestNum sn; public TestClient(TestNum sn) { this.sn = sn; } public void run() { for (int i = 0; i < 3; i++) { // ④每個(gè)線程打出3個(gè)序列值 System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] --> sn[" + sn.getNextNum() + "]"); } } } } |
通常我們通過匿名內(nèi)部類的方式定義ThreadLocal的子類，提供初始的變量值，如例子中①處所示。TestClient線程產(chǎn)生一組序列號(hào)，在③處，我們生成3個(gè)TestClient，它們共享同一個(gè)TestNum實(shí)例。運(yùn)行以上代碼，在控制臺(tái)上輸出以下的結(jié)果：
thread[Thread-0] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[1]
thread[Thread-2] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[2]
thread[Thread-1] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[3]
考察輸出的結(jié)果信息，我們發(fā)現(xiàn)每個(gè)線程所產(chǎn)生的序號(hào)雖然都共享同一個(gè)TestNum實(shí)例，但它們并沒有發(fā)生相互干擾的情況，而是各自產(chǎn)生獨(dú)立的序列號(hào)，這是因?yàn)槲覀兺ㄟ^ThreadLocal為每一個(gè)線程提供了單獨(dú)的副本。
Thread同步機(jī)制的比較
ThreadLocal和線程同步機(jī)制相比有什么優(yōu)勢(shì)呢？ThreadLocal和線程同步機(jī)制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題。
在同步機(jī)制中，通過對(duì)象的鎖機(jī)制保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程訪問變量。這時(shí)該變量是多個(gè)線程共享的，使用同步機(jī)制要求程序慎密地分析什么時(shí)候?qū)ψ兞窟M(jìn)行讀寫，什么時(shí)候需要鎖定某個(gè)對(duì)象，什么時(shí)候釋放對(duì)象鎖等繁雜的問題，程序設(shè)計(jì)和編寫難度相對(duì)較大。
而ThreadLocal則從另一個(gè)角度來解決多線程的并發(fā)訪問。ThreadLocal會(huì)為每一個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本，從而隔離了多個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)的訪問沖突。因?yàn)槊恳粋€(gè)線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對(duì)該變量進(jìn)行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的共享對(duì)象，在編寫多線程代碼時(shí)，可以把不安全的變量封裝進(jìn)ThreadLocal。
由于ThreadLocal中可以持有任何類型的對(duì)象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object對(duì)象，需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。但JDK 5.0通過泛型很好的解決了這個(gè)問題，在一定程度地簡(jiǎn)化ThreadLocal的使用，代碼清單 9 2就使用了JDK 5.0新的ThreadLocal<T>版本。
概括起來說，對(duì)于多線程資源共享的問題，同步機(jī)制采用了“以時(shí)間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時(shí)間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊(duì)訪問，而后者為每一個(gè)線程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問而互不影響。
spring使用ThreadLocal解決線程安全問題我們知道在一般情況下，只有無狀態(tài)的Bean才可以在多線程環(huán)境下共享，在Spring中，絕大部分Bean都可以聲明為singleton作用域。就是因?yàn)镾pring對(duì)一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非線程安全狀態(tài)采用ThreadLocal進(jìn)行處理，讓它們也成為線程安全的狀態(tài)，因?yàn)橛袪顟B(tài)的Bean就可以在多線程中共享了。
一般的Web應(yīng)用劃分為展現(xiàn)層、服務(wù)層和持久層三個(gè)層次，在不同的層中編寫對(duì)應(yīng)的邏輯，下層通過接口向上層開放功能調(diào)用。在一般情況下，從接收請(qǐng)求到返回響應(yīng)所經(jīng)過的所有程序調(diào)用都同屬于一個(gè)線程，如圖9?2所示：
通通透透理解ThreadLocal
同一線程貫通三層這樣你就可以根據(jù)需要，將一些非線程安全的變量以ThreadLocal存放，在同一次請(qǐng)求響應(yīng)的調(diào)用線程中，所有關(guān)聯(lián)的對(duì)象引用到的都是同一個(gè)變量。
下面的實(shí)例能夠體現(xiàn)Spring對(duì)有狀態(tài)Bean的改造思路：
代碼清單3 TestDao：非線程安全
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package com.test; import java.sql.Connection; import java.sql.SQLException; import java.sql.Statement; public class TestDao { private Connection conn;// ①一個(gè)非線程安全的變量 public void addTopic() throws SQLException { Statement stat = conn.createStatement();// ②引用非線程安全變量 // … } } |
由于①處的conn是成員變量，因?yàn)閍ddTopic()方法是非線程安全的，必須在使用時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新TopicDao實(shí)例（非singleton）。下面使用ThreadLocal對(duì)conn這個(gè)非線程安全的“狀態(tài)”進(jìn)行改造：
代碼清單4 TestDao：線程安全
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package com.test; import java.sql.Connection; import java.sql.SQLException; import java.sql.Statement; public class TestDaoNew { // ①使用ThreadLocal保存Connection變量 private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>(); public static Connection getConnection() { // ②如果connThreadLocal沒有本線程對(duì)應(yīng)的Connection創(chuàng)建一個(gè)新的Connection， // 并將其保存到線程本地變量中。 if (connThreadLocal.get() == null) { Connection conn = getConnection(); connThreadLocal.set(conn); return conn; } else { return connThreadLocal.get();// ③直接返回線程本地變量 } } public void addTopic() throws SQLException { // ④從ThreadLocal中獲取線程對(duì)應(yīng)的Connection Statement stat = getConnection().createStatement(); } } |
不同的線程在使用TopicDao時(shí)，先判斷connThreadLocal.get()是否是null，如果是null，則說明當(dāng)前線程還沒有對(duì)應(yīng)的Connection對(duì)象，這時(shí)創(chuàng)建一個(gè)Connection對(duì)象并添加到本地線程變量中；如果不為null，則說明當(dāng)前的線程已經(jīng)擁有了Connection對(duì)象，直接使用就可以了。這樣，就保證了不同的線程使用線程相關(guān)的Connection，而不會(huì)使用其它線程的Connection。因此，這個(gè)TopicDao就可以做到singleton共享了。
當(dāng)然，這個(gè)例子本身很粗糙，將Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多個(gè)方法共享Connection時(shí)不發(fā)生線程安全問題，但無法和其它DAO共用同一個(gè)Connection，要做到同一事務(wù)多DAO共享同一Connection，必須在一個(gè)共同的外部類使用ThreadLocal保存Connection。
ConnectionManager.java
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package com.test; import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.SQLException; public class ConnectionManager { private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() { @Override protected Connection initialValue() { Connection conn = null; try { conn = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username", "password"); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } return conn; } }; public static Connection getConnection() { return connectionHolder.get(); } public static void setConnection(Connection conn) { connectionHolder.set(conn); } } |
java.lang.ThreadLocal<T>的具體實(shí)現(xiàn)
那么到底ThreadLocal類是如何實(shí)現(xiàn)這種“為每個(gè)線程提供不同的變量拷貝”的呢？先來看一下ThreadLocal的set()方法的源碼是如何實(shí)現(xiàn)的：
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/** * Sets the current thread's copy of this thread-local variable * to the specified value. Most subclasses will have no need to * override this method, relying solely on the {@link #initialValue} * method to set the values of thread-locals. * * @param value the value to be stored in the current thread's copy of * this thread-local. */ public void set(T value) { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); } |
在這個(gè)方法內(nèi)部我們看到，首先通過getMap(Thread t)方法獲取一個(gè)和當(dāng)前線程相關(guān)的ThreadLocalMap，然后將變量的值設(shè)置到這個(gè)ThreadLocalMap對(duì)象中，當(dāng)然如果獲取到的ThreadLocalMap對(duì)象為空，就通過createMap方法創(chuàng)建。
線程隔離的秘密，就在于ThreadLocalMap這個(gè)類。ThreadLocalMap是ThreadLocal類的一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類，它實(shí)現(xiàn)了鍵值對(duì)的設(shè)置和獲取（對(duì)比Map對(duì)象來理解），每個(gè)線程中都有一個(gè)獨(dú)立的ThreadLocalMap副本，它所存儲(chǔ)的值，只能被當(dāng)前線程讀取和修改。ThreadLocal類通過操作每一個(gè)線程特有的ThreadLocalMap副本，從而實(shí)現(xiàn)了變量訪問在不同線程中的隔離。因?yàn)槊總€(gè)線程的變量都是自己特有的，完全不會(huì)有并發(fā)錯(cuò)誤。還有一點(diǎn)就是，ThreadLocalMap存儲(chǔ)的鍵值對(duì)中的鍵是this對(duì)象指向的ThreadLocal對(duì)象，而值就是你所設(shè)置的對(duì)象了。
為了加深理解，我們接著看上面代碼中出現(xiàn)的getMap和createMap方法的實(shí)現(xiàn)：
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/** * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in * InheritableThreadLocal. * * @param t the current thread * @return the map */ThreadLocalMap getMap(Thread t) { return t.threadLocals; } /** * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in * InheritableThreadLocal. * * @param t the current thread * @param firstValue value for the initial entry of the map * @param map the map to store. */void createMap(Thread t, T firstValue) { t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue); } |
接下來再看一下ThreadLocal類中的get()方法:
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/** * Returns the value in the current thread's copy of this * thread-local variable. If the variable has no value for the * current thread, it is first initialized to the value returned * by an invocation of the {@link #initialValue} method. * * @return the current thread's value of this thread-local */public T get() { Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) { ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); if (e != null) return (T)e.value; } return setInitialValue(); } |
再來看setInitialValue()方法：
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/** * Variant of set() to establish initialValue. Used instead * of set() in case user has overridden the set() method. * * @return the initial value */ private T setInitialValue() { T value = initialValue(); Thread t = Thread.currentThread(); ThreadLocalMap map = getMap(t); if (map != null) map.set(this, value); else createMap(t, value); return value; } |
獲取和當(dāng)前線程綁定的值時(shí)，ThreadLocalMap對(duì)象是以this指向的ThreadLocal對(duì)象為鍵進(jìn)行查找的，這當(dāng)然和前面set()方法的代碼是相呼應(yīng)的。
進(jìn)一步地，我們可以創(chuàng)建不同的ThreadLocal實(shí)例來實(shí)現(xiàn)多個(gè)變量在不同線程間的訪問隔離，為什么可以這么做？因?yàn)椴煌腡hreadLocal對(duì)象作為不同鍵，當(dāng)然也可以在線程的ThreadLocalMap對(duì)象中設(shè)置不同的值了。通過ThreadLocal對(duì)象，在多線程中共享一個(gè)值和多個(gè)值的區(qū)別，就像你在一個(gè)HashMap對(duì)象中存儲(chǔ)一個(gè)鍵值對(duì)和多個(gè)鍵值對(duì)一樣，僅此而已。
小結(jié)
ThreadLocal是解決線程安全問題一個(gè)很好的思路，它通過為每個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本解決了變量并發(fā)訪問的沖突問題。在很多情況下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機(jī)制解決線程安全問題更簡(jiǎn)單，更方便，且結(jié)果程序擁有更高的并發(fā)性。
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package com.test; import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.SQLException; public class ConnectionManager { private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() { @Override protected Connection initialValue() { Connection conn = null; try { conn = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username", "password"); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } return conn; } }; public static Connection getConnection() { return connectionHolder.get(); } public static void setConnection(Connection conn) { connectionHolder.set(conn); } } |
后記
看到網(wǎng)友評(píng)論的很激烈，甚至關(guān)于ThreadLocalMap不是ThreadLocal里面的，而是Thread里面的這種評(píng)論都出現(xiàn)了，于是有了這個(gè)后記，下面先把jdk源碼貼上，源碼最有說服力了。
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/** * ThreadLocalMap is a customized hash map suitable only for * maintaining thread local values. No operations are exported * outside of the ThreadLocal class. The class is package private to * allow declaration of fields in class Thread. To help deal with * very large and long-lived usages, the hash table entries use * WeakReferences for keys. However, since reference queues are not * used, stale entries are guaranteed to be removed only when * the table starts running out of space. */ static class ThreadLocalMap {...} |
源碼就是以上，這源碼自然是在ThreadLocal里面的，有截圖為證。
本文是自己在學(xué)習(xí)ThreadLocal的時(shí)候，一時(shí)興起，深入看了源碼，思考了此類的作用、使用范圍，進(jìn)而聯(lián)想到對(duì)傳統(tǒng)的synchronize共享變量線程安全的問題進(jìn)行比較，而總結(jié)的博文，總結(jié)一句話就是一個(gè)是鎖機(jī)制進(jìn)行時(shí)間換空間，一個(gè)是存儲(chǔ)拷貝進(jìn)行空間換時(shí)間。
以上所述是小編給大家介紹的Java 中的ThreadLocal，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)服務(wù)器之家網(wǎng)站的支持！
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