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【多线程】ThreadLocal

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发布于 2017/09/06 16:44
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ThreadLocal是什么

  早在JDK 1.2的版本中就提供Java.lang.ThreadLocal,ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。

  当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。

  从线程的角度看,目标变量就象是线程的本地变量,这也是类名中“Local”所要表达的意思。

  所以,在Java中编写线程局部变量的代码相对来说要笨拙一些,因此造成线程局部变量没有在Java开发者中得到很好的普及。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单,只有4个方法,我们先来了解一下:

void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。

public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

public void remove()将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存的占用,该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是,当线程结束后,对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作,但它可以加快内存回收的速度。

protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值,该方法是一个protected的方法,显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法,在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行,并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

  值得一提的是,在JDK5.0中,ThreadLocal已经支持泛型,该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。API方法也相应进行了调整,新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。

  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副本,Map中元素的键为线程对象,而值对应线程的变量副本。我们自己就可以提供一个简单的实现版本:

  package com.test;  
     
   public class TestNum {  
       // ①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法,指定初始值  
       private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() {  
           public Integer initialValue() {  
               return 0;  
           }  
       };  
     
       // ②获取下一个序列值  
       public int getNextNum() {  
           seqNum.set(seqNum.get() + 1);  
           return seqNum.get();  
       }  
     
       public static void main(String[] args) {  
           TestNum sn = new TestNum();  
           // ③ 3个线程共享sn,各自产生序列号  
           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每个线程打出3个序列值  
                   System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] --> sn["  
                            + sn.getNextNum() + "]");  
               }  
           }  
       }  
   }  


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,如例子中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TestNum实例。运行以上代码,在控制台上输出以下的结果:

  • 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TestNum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。

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慎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会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数据的访问冲突。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提供了线程安全的共享对象,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,在一定程度地简化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,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。

  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)中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理,让它们也成为线程安全的状态,因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了。 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, 同一线程贯通三层这样你就可以根据需要,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,所有关联的对象引用到的都是同一个变量。

本文转载自:http://blog.csdn.net/jindx86109/article/details/51911041

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