簡單地分析Java線程編程中ThreadLocal類的使用

簡單地分析Java線程編程中ThreadLocal類的使用

　　一、概述

　　ThreadLocal是什么呢？其實ThreadLocal并非是一個線程的本地實現版本，它并不是一個Thread，而是threadlocalvariable(線程局部變量)。也許把它命名為ThreadLocalVar更加合適。線程局部變量(ThreadLocal)其實的功用非常簡單，就是為每一個使用該變量的線程都提供一個變量值的副本，是Java中一種較為特殊的線程綁定機制，是每一個線程都可以獨立地改變自己的副本，而不會和其它線程的副本沖突。

　　從線程的角度看，每個線程都保持一個對其線程局部變量副本的隱式引用，只要線程是活動的并且 ThreadLocal 實例是可訪問的；在線程消失之后，其線程局部實例的所有副本都會被垃圾回收（除非存在對這些副本的其他引用）。

　　通過ThreadLocal存取的數據，總是與當前線程相關，也就是說，JVM 為每個運行的線程，綁定了私有的本地實例存取空間，從而為多線程環境常出現的并發訪問問題提供了一種隔離機制。

　　ThreadLocal是如何做到為每一個線程維護變量的副本的呢？其實實現的思路很簡單，在ThreadLocal類中有一個Map，用于存儲每一個線程的變量的副本。

　　概括起來說，對于多線程資源共享的問題，同步機制采用了“以時間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問，而后者為每一個線程都提供了一份變量，因此可以同時訪問而互不影響。

　　二、API說明

　　ThreadLocal()

　　創建一個線程本地變量。

　　T get()

　　返回此線程局部變量的當前線程副本中的值，如果這是線程第一次調用該方法，則創建并初始化此副本。

　　protected T initialValue()

　　返回此線程局部變量的當前線程的初始值。最多在每次訪問線程來獲得每個線程局部變量時調用此方法一次，即線程第一次使用 get() 方法訪問變量的時候。如果線程先于 get 方法調用 set(T) 方法，則不會在線程中再調用 initialValue 方法。

　　若該實現只返回 null；如果程序員希望將線程局部變量初始化為 null 以外的某個值，則必須為 ThreadLocal 創建子類，并重寫此方法。通常，將使用匿名內部類。initialValue 的典型實現將調用一個適當的構造方法，并返回新構造的對象。

　　void remove()

　　移除此線程局部變量的值。這可能有助于減少線程局部變量的存儲需求。如果再次訪問此線程局部變量，那么在默認情況下它將擁有其 initialValue。

　　void set(T value)

　　將此線程局部變量的當前線程副本中的值設置為指定值。許多應用程序不需要這項功能，它們只依賴于 initialValue() 方法來設置線程局部變量的值。

　　在程序中一般都重寫initialValue方法，以給定一個特定的初始值。

　　三、一.對ThreadLocal的理解

　　ThreadLocal，很多地方叫做線程本地變量，也有些地方叫做線程本地存儲，其實意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal為變量在每個線程中都創建了一個副本，那么每個線程可以訪問自己內部的副本變量。

　　這句話從字面上看起來很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　我們還是先來看一個例子：

　　class ConnectionManager {     private static Connection connect = null;     public static Connection openConnection() {    if(connect == null){      connect = DriverManager.getConnection();    }    return connect;  }     public static void closeConnection() {    if(connect!=null)      connect.close();  }}

　　假設有這樣一個數據庫鏈接管理類，這段代碼在單線程中使用是沒有任何問題的，但是如果在多線程中使用呢？很顯然，在多線程中使用會存在線程安全問題：第一，這里面的2個方法都沒有進行同步，很可能在openConnection方法中會多次創建connect；第二，由于connect是共享變量，那么必然在調用connect的地方需要使用到同步來保障線程安全，因為很可能一個線程在使用connect進行數據庫操作，而另外一個線程調用closeConnection關閉鏈接。

　　所以出于線程安全的考慮，必須將這段代碼的兩個方法進行同步處理，并且在調用connect的地方需要進行同步處理。

　　這樣將會大大影響程序執行效率，因為一個線程在使用connect進行數據庫操作的時候，其他線程只有等待。

　　那么大家來仔細分析一下這個問題，這地方到底需不需要將connect變量進行共享？事實上，是不需要的。假如每個線程中都有一個connect變量，各個線程之間對connect變量的訪問實際上是沒有依賴關系的，即一個線程不需要關心其他線程是否對這個connect進行了修改的。

　　到這里，可能會有朋友想到，既然不需要在線程之間共享這個變量，可以直接這樣處理，在每個需要使用數據庫連接的方法中具體使用時才創建數據庫鏈接，然后在方法調用完畢再釋放這個連接。比如下面這樣：

　　class ConnectionManager {     private Connection connect = null;     public Connection openConnection() {    if(connect == null){      connect = DriverManager.getConnection();    }    return connect;  }     public void closeConnection() {    if(connect!=null)      connect.close();  }}  class Dao{  public void () {    ConnectionManager connectionManager = new ConnectionManager();    Connection connection = connectionManager.openConnection();         //使用connection進行操作         connectionManager.closeConnection();  }}

　　這樣處理確實也沒有任何問題，由于每次都是在方法內部創建的連接，那么線程之間自然不存在線程安全問題。但是這樣會有一個致命的影響：導致服務器壓力非常大，并且嚴重影響程序執行性能。由于在方法中需要頻繁地開啟和關閉數據庫連接，這樣不盡嚴重影響程序執行效率，還可能導致服務器壓力巨大。

　　那么這種情況下使用ThreadLocal是再適合不過的了，因為ThreadLocal在每個線程中對該變量會創建一個副本，即每個線程內部都會有一個該變量，且在線程內部任何地方都可以使用，線程之間互不影響，這樣一來就不存在線程安全問題，也不會嚴重影響程序執行性能。

　　但是要注意，雖然ThreadLocal能夠解決上面說的問題，但是由于在每個線程中都創建了副本，所以要考慮它對資源的消耗，比如內存的占用會比不使用ThreadLocal要大。

　　四、實例

　　創建一個Bean，通過不同的線程對象設置Bean屬性，保證各個線程Bean對象的獨立性。

　　/** * Created by IntelliJ IDEA. * User: leizhimin * Date: 2007-11-23 * Time: 10:45:02 * 學生 */public class Student {  private int age = 0;  //年齡   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 * 多線程下測試程序 */public class ThreadLocalDemo implements Runnable {  //創建線程局部變量studentLocal，在后面你會發現用來保存Student對象  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();  }   /**   * 示例業務方法，用來測試   */  public void accessStudent() {    //獲取當前線程的名字    String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();    System.out.println(currentThreadName + " is running!");    //產生一個隨機數并打印    Random random = new Random();    int age = random.nextInt(100);    System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);    //獲取一個Student對象，并將隨機數年齡插入到對象屬性中    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() {    //獲取本地線程變量并強制轉換為Student類型    Student student = (Student) studentLocal.get();    //線程首次執行此方法的時候，studentLocal.get()肯定為null    if (student == null) {      //創建一個Student對象，并保存到本地線程變量studentLocal中      student = new Student();      studentLocal.set(student);    }    return student;  }}

　　運行結果：

　　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兩個線程age在不同時刻打印的值是完全相同的。這個程序通過妙用ThreadLocal，既實現多線程并發，游兼顧數據的安全性。

　　五、ThreadLocal使用的一般步驟

　　1、在多線程的類（如ThreadDemo類）中，創建一個ThreadLocal對象threadXxx，用來保存線程間需要隔離處理的對象xxx。

　　2、在ThreadDemo類中，創建一個獲取要隔離訪問的數據的方法getXxx()，在方法中判斷，若ThreadLocal對象為null時候，應該new()一個隔離訪問類型的對象，并強制轉換為要應用的類型。

　　3、在ThreadDemo類的run()方法中，通過getXxx()方法獲取要操作的數據，這樣可以保證每個線程對應一個數據對象，在任何時刻都操作的是這個對象。

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