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簡(jiǎn)單地分析Java線(xiàn)程編程中ThreadLocal類(lèi)的使用
一、概述
ThreadLocal是什么呢？其實(shí)ThreadLocal并非是一個(gè)線(xiàn)程的本地實(shí)現(xiàn)版本，它并不是一個(gè)Thread，而是threadlocalvariable(線(xiàn)程局部變量)。也許把它命名為T(mén)hreadLocalVar更加合適。線(xiàn)程局部變量(ThreadLocal)其實(shí)的功用非常簡(jiǎn)單，就是為每一個(gè)使用該變量的線(xiàn)程都提供一個(gè)變量值的副本，是Java中一種較為特殊的線(xiàn)程綁定機(jī)制，是每一個(gè)線(xiàn)程都可以獨(dú)立地改變自己的副本，而不會(huì)和其它線(xiàn)程的副本沖突。
從線(xiàn)程的角度看，每個(gè)線(xiàn)程都保持一個(gè)對(duì)其線(xiàn)程局部變量副本的隱式引用，只要線(xiàn)程是活動(dòng)的并且 ThreadLocal 實(shí)例是可訪(fǎng)問(wèn)的；在線(xiàn)程消失之后，其線(xiàn)程局部實(shí)例的所有副本都會(huì)被垃圾回收（除非存在對(duì)這些副本的其他引用）。
通過(guò)ThreadLocal存取的數(shù)據(jù)，總是與當(dāng)前線(xiàn)程相關(guān)，也就是說(shuō)，JVM 為每個(gè)運(yùn)行的線(xiàn)程，綁定了私有的本地實(shí)例存取空間，從而為多線(xiàn)程環(huán)境常出現(xiàn)的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題提供了一種隔離機(jī)制。
ThreadLocal是如何做到為每一個(gè)線(xiàn)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(lèi)中有一個(gè)Map，用于存儲(chǔ)每一個(gè)線(xiàn)程的變量的副本。
概括起來(lái)說(shuō)，對(duì)于多線(xiàn)程資源共享的問(wèn)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(xiàn)程排隊(duì)訪(fǎng)問(wèn)，而后者為每一個(gè)線(xiàn)程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)而互不影響。
二、API說(shuō)明
ThreadLocal()
創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程本地變量。
T get()
返回此線(xiàn)程局部變量的當(dāng)前線(xiàn)程副本中的值，如果這是線(xiàn)程第一次調(diào)用該方法，則創(chuàng)建并初始化此副本。
protected T initialValue()
返回此線(xiàn)程局部變量的當(dāng)前線(xiàn)程的初始值。最多在每次訪(fǎng)問(wèn)線(xiàn)程來(lái)獲得每個(gè)線(xiàn)程局部變量時(shí)調(diào)用此方法一次，即線(xiàn)程第一次使用 get() 方法訪(fǎng)問(wèn)變量的時(shí)候。如果線(xiàn)程先于 get 方法調(diào)用 set(T) 方法，則不會(huì)在線(xiàn)程中再調(diào)用 initialValue 方法。
若該實(shí)現(xiàn)只返回 null；如果程序員希望將線(xiàn)程局部變量初始化為 null 以外的某個(gè)值，則必須為 ThreadLocal 創(chuàng)建子類(lèi)，并重寫(xiě)此方法。通常，將使用匿名內(nèi)部類(lèi)。initialValue 的典型實(shí)現(xiàn)將調(diào)用一個(gè)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造方法，并返回新構(gòu)造的對(duì)象。
void remove()
移除此線(xiàn)程局部變量的值。這可能有助于減少線(xiàn)程局部變量的存儲(chǔ)需求。如果再次訪(fǎng)問(wèn)此線(xiàn)程局部變量，那么在默認(rèn)情況下它將擁有其 initialValue。
void set(T value)
將此線(xiàn)程局部變量的當(dāng)前線(xiàn)程副本中的值設(shè)置為指定值。許多應(yīng)用程序不需要這項(xiàng)功能，它們只依賴(lài)于 initialValue() 方法來(lái)設(shè)置線(xiàn)程局部變量的值。
在程序中一般都重寫(xiě)initialValue方法，以給定一個(gè)特定的初始值。
三、一.對(duì)ThreadLocal的理解
ThreadLocal，很多地方叫做線(xiàn)程本地變量，也有些地方叫做線(xiàn)程本地存儲(chǔ)，其實(shí)意思差不多�？赡芎芏嗯笥讯贾繲hreadLocal為變量在每個(gè)線(xiàn)程中都創(chuàng)建了一個(gè)副本，那么每個(gè)線(xiàn)程可以訪(fǎng)問(wèn)自己內(nèi)部的副本變量。
這句話(huà)從字面上看起來(lái)很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。
我們還是先來(lái)看一個(gè)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(shè)有這樣一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接管理類(lèi)，這段代碼在單線(xiàn)程中使用是沒(méi)有任何問(wèn)題的，但是如果在多線(xiàn)程中使用呢？很顯然，在多線(xiàn)程中使用會(huì)存在線(xiàn)程安全問(wèn)題：第一，這里面的2個(gè)方法都沒(méi)有進(jìn)行同步，很可能在openConnection方法中會(huì)多次創(chuàng)建connect；第二，由于connect是共享變量，那么必然在調(diào)用connect的地方需要使用到同步來(lái)保障線(xiàn)程安全，因?yàn)楹芸赡芤粋�(gè)線(xiàn)程在使用connect進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作，而另外一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用closeConnection關(guān)閉鏈接。
所以出于線(xiàn)程安全的考慮，必須將這段代碼的兩個(gè)方法進(jìn)行同步處理，并且在調(diào)用connect的地方需要進(jìn)行同步處理。
這樣將會(huì)大大影響程序執(zhí)行效率，因?yàn)橐粋�(gè)線(xiàn)程在使用connect進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作的時(shí)候，其他線(xiàn)程只有等待。
那么大家來(lái)仔細(xì)分析一下這個(gè)問(wèn)題，這地方到底需不需要將connect變量進(jìn)行共享？事實(shí)上，是不需要的。假如每個(gè)線(xiàn)程中都有一個(gè)connect變量，各個(gè)線(xiàn)程之間對(duì)connect變量的訪(fǎng)問(wèn)實(shí)際上是沒(méi)有依賴(lài)關(guān)系的，即一個(gè)線(xiàn)程不需要關(guān)心其他線(xiàn)程是否對(duì)這個(gè)connect進(jìn)行了修改的。
到這里，可能會(huì)有朋友想到，既然不需要在線(xiàn)程之間共享這個(gè)變量，可以直接這樣處理，在每個(gè)需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)連接的方法中具體使用時(shí)才創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，然后在方法調(diào)用完畢再釋放這個(gè)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(jìn)行操作 connectionManager.closeConnection(); }}
這樣處理確實(shí)也沒(méi)有任何問(wèn)題，由于每次都是在方法內(nèi)部創(chuàng)建的連接，那么線(xiàn)程之間自然不存在線(xiàn)程安全問(wèn)題。但是這樣會(huì)有一個(gè)致命的影響：導(dǎo)致服務(wù)器壓力非常大，并且嚴(yán)重影響程序執(zhí)行性能。由于在方法中需要頻繁地開(kāi)啟和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接，這樣不盡嚴(yán)重影響程序執(zhí)行效率，還可能導(dǎo)致服務(wù)器壓力巨大。
那么這種情況下使用ThreadLocal是再適合不過(guò)的了，因?yàn)門(mén)hreadLocal在每個(gè)線(xiàn)程中對(duì)該變量會(huì)創(chuàng)建一個(gè)副本，即每個(gè)線(xiàn)程內(nèi)部都會(huì)有一個(gè)該變量，且在線(xiàn)程內(nèi)部任何地方都可以使用，線(xiàn)程之間互不影響，這樣一來(lái)就不存在線(xiàn)程安全問(wèn)題，也不會(huì)嚴(yán)重影響程序執(zhí)行性能。
但是要注意，雖然ThreadLocal能夠解決上面說(shuō)的問(wèn)題，但是由于在每個(gè)線(xiàn)程中都創(chuàng)建了副本，所以要考慮它對(duì)資源的消耗，比如內(nèi)存的占用會(huì)比不使用ThreadLocal要大。
四、實(shí)例
創(chuàng)建一個(gè)Bean，通過(guò)不同的線(xiàn)程對(duì)象設(shè)置Bean屬性，保證各個(gè)線(xiàn)程Bean對(duì)象的獨(dú)立性。
/** * Created by IntelliJ IDEA. * User: leizhimin * Date: 2007-11-23 * Time: 10:45:02 * 學(xué)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(xiàn)程下測(cè)試程序 */public class ThreadLocalDemo implements Runnable { //創(chuàng)建線(xiàn)程局部變量studentLocal，在后面你會(huì)發(fā)現(xiàn)用來(lái)保存Student對(duì)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(yè)務(wù)方法，用來(lái)測(cè)試 */ public void accessStudent() { //獲取當(dāng)前線(xiàn)程的名字 String currentThreadName = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(currentThreadName + " is running!"); //產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)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(gè)Student對(duì)象，并將隨機(jī)數(shù)年齡插入到對(duì)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(xiàn)程變量并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為Student類(lèi)型 Student student = (Student) studentLocal.get(); //線(xiàn)程首次執(zhí)行此方法的時(shí)候，studentLocal.get()肯定為null if (student == null) { //創(chuàng)建一個(gè)Student對(duì)象，并保存到本地線(xiàn)程變量studentLocal中 student = new Student(); studentLocal.set(student); } return student; }}
運(yùn)行結(jié)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(gè)線(xiàn)程age在不同時(shí)刻打印的值是完全相同的。這個(gè)程序通過(guò)妙用ThreadLocal，既實(shí)現(xiàn)多線(xiàn)程并發(fā)，游兼顧數(shù)據(jù)的安全性。
五、ThreadLocal使用的一般步驟
1、在多線(xiàn)程的類(lèi)（如ThreadDemo類(lèi)）中，創(chuàng)建一個(gè)ThreadLocal對(duì)象threadXxx，用來(lái)保存線(xiàn)程間需要隔離處理的對(duì)象xxx。
2、在ThreadDemo類(lèi)中，創(chuàng)建一個(gè)獲取要隔離訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)的方法getXxx()，在方法中判斷，若ThreadLocal對(duì)象為null時(shí)候，應(yīng)該new()一個(gè)隔離訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型的對(duì)象，并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為要應(yīng)用的類(lèi)型。
3、在ThreadDemo類(lèi)的run()方法中，通過(guò)getXxx()方法獲取要操作的數(shù)據(jù)，這樣可以保證每個(gè)線(xiàn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，在任何時(shí)刻都操作的是這個(gè)對(duì)象。
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