ThreadLocal类的实现用法

yhuangcgcl 4年前

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。

模拟实现ThreadLocal代码:

 1 public class ThreadShareData {   2     static int num = 0;   3        4        5     public static void main(String[] args) {   6         Map<Thread, Integer> map = new HashMap<Thread, Integer>();   7         for (int i = 0; i < 2; i++) {   8             new Thread(new Runnable() {   9                 @Override  10                 public void run() {  11                     int num = new Random().nextInt();  12                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+" get num: "+num);  13                     new A().get();  14                     new B().get();  15                 }  16             }).start();  17         }  18     }  19       20     static class A{  21         public void get(){  22             System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get num: "+num);  23         }  24     }  25       26     static class B{  27         public void get(){  28             System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get num: "+num);  29         }  30     }  31       32 }

ThreadLocal的经典用法:

 1 public class ThreadLocalShareData2 {   2     static ThreadLocal<People> threadLocal = new ThreadLocal<People>();   3     public static void main(String[] args) {   4         for (int i = 0; i < 2; i++) {   5             new Thread(new Runnable() {   6                 @Override   7                 public void run() {   8                     int data = new Random().nextInt();   9                     People people = new People().getInstance();  10                     people.setName("name"+data);  11                     people.setAge(data);  12                     System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" set name "+people.getName()+" set age "+people.getAge());  13                     new A().get();  14                     new B().get();  15                 }  16             }).start();  17         }  18     }  19       20     static class A{  21         public void get(){  22             System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get name "+new People().getInstance().getName()+" get age "+new People().getInstance().getAge());  23         }  24     }  25     static class B{  26         public void get(){  27             System.out.println("B: "+Thread.currentThread().getName() +"get name "+new People().getInstance().getName()+" get age "+new People().getInstance().getAge());  28         }  29     }  30     static class People{  31         private People(){  32               33         }  34         public People getInstance(){  35             People people = threadLocal.get();  36             if(people == null){  37                 people = new People();  38                 threadLocal.set(people);  39             }  40             return people;  41         }  42         private int age;  43         private String name;  44         public int getAge() {  45             return age;  46         }  47         public String getName() {  48             return name;  49         }  50         public void setAge(int age) {  51             this.age = age;  52         }  53         public void setName(String name) {  54             this.name = name;  55         }  56     }  57 }

将ThreadLocal仿单例模式进行实现,更加面向对象。

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。

 1 public class TestNum {     2     // ①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法,指定初始值     3     private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() {     4         public Integer initialValue() {     5             return 0;     6         }     7     };     8      9     // ②获取下一个序列值    10     public int getNextNum() {    11         seqNum.set(seqNum.get() + 1);    12         return seqNum.get();    13     }    14     15     public static void main(String[] args) {    16         TestNum sn = new TestNum();    17         // ③ 3个线程共享sn,各自产生序列号    18         TestClient t1 = new TestClient(sn);    19         TestClient t2 = new TestClient(sn);    20         TestClient t3 = new TestClient(sn);    21         t1.start();    22         t2.start();    23         t3.start();    24     }    25     26     private static class TestClient extends Thread {    27         private TestNum sn;    28     29         public TestClient(TestNum sn) {    30             this.sn = sn;    31         }    32     33         public void run() {    34             for (int i = 0; i < 3; i++) {    35                 // ④每个线程打出3个序列值    36                 System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] --> sn["    37                          + sn.getNextNum() + "]");    38             }    39         }    40     }    41 }  

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,如图9‑2所示:

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。

下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路:

非线程安全代码:

1 public class TestDao {    2     private Connection conn;// ①一个非线程安全的变量    3     4     public void addTopic() throws SQLException {    5         Statement stat = conn.createStatement();// ②引用非线程安全变量    6         // …    7     }    8 }  

线程安全代码:

 1 public class TestDaoNew {     2     // ①使用ThreadLocal保存Connection变量     3     private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();     4      5     public static Connection getConnection() {     6         // ②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection,     7         // 并将其保存到线程本地变量中。     8         if (connThreadLocal.get() == null) {     9             Connection conn = getConnection();    10             connThreadLocal.set(conn);    11             return conn;    12         } else {    13             return connThreadLocal.get();// ③直接返回线程本地变量    14         }    15     }    16     17     public void addTopic() throws SQLException {    18         // ④从ThreadLocal中获取线程对应的Connection    19         Statement stat = getConnection().createStatement();    20     }    21 }  

不同的线程在使用TopicDao时,先判断connThreadLocal.get()是否是null,如果是null,则说明当前线程还没有对应的Connection对象,这时创建一个Connection对象并添加到本地线程变量中;如果不为null,则说明当前的线程已经拥有了Connection对象,直接使用就可以了。这样,就保证了不同的线程使用线程相关的Connection,而不会使用其它线程的Connection。因此,这个TopicDao就可以做到singleton共享了。

当然,这个例子本身很粗糙,将Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题,但无法和其它DAO共用同一个Connection,要做到同一事务多DAO共享同一Connection,必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。

 1 public class ConnectionManager {     2      3     private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {     4         @Override     5         protected Connection initialValue() {     6             Connection conn = null;     7             try {     8                 conn = DriverManager.getConnection(     9                         "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",    10                         "password");    11             } catch (SQLException e) {    12                 e.printStackTrace();    13             }    14             return conn;    15         }    16     };    17     18     public static Connection getConnection() {    19         return connectionHolder.get();    20     }    21     22     public static void setConnection(Connection conn) {    23         connectionHolder.set(conn);    24     }    25 }  

还有一个经典实例,在HibernateUtil中,用于session的管理:

 1 public class HibernateUtil {   2     private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);   3     private static final SessionFactory sessionFactory;     //定义SessionFactory   4     5     static {   6         try {   7             // 通过默认配置文件hibernate.cfg.xml创建SessionFactory   8             sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();   9         } catch (Throwable ex) {  10             log.error("初始化SessionFactory失败!", ex);  11             throw new ExceptionInInitializerError(ex);  12         }  13     }  14   15     //创建线程局部变量session,用来保存Hibernate的Session  16     public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();  17    18     /**  19      * 获取当前线程中的Session  20      * @return Session  21      * @throws HibernateException  22      */  23     public static Session currentSession() throws HibernateException {  24         Session s = (Session) session.get();  25         // 如果Session还没有打开,则新开一个Session  26         if (s == null) {  27             s = sessionFactory.openSession();  28             session.set(s);         //将新开的Session保存到线程局部变量中  29         }  30         return s;  31     }  32    33     public static void closeSession() throws HibernateException {  34         //获取线程局部变量,并强制转换为Session类型  35         Session s = (Session) session.get();  36         session.set(null);  37         if (s != null)  38             s.close();  39     }  40 }

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。

参考文档:

JDK 官方文档

http://blog.csdn.net/lufeng20/article/details/24314381

http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/51926/

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来自: http://www.cnblogs.com/lcngu/p/5149759.html