ThreadLocal笔记

       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：Thread有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量，ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals持有一个以ThreadLocal对象为键，线程副本对象为值对的集合。

　　下面是一个利用ThreadLocal实现的线程安全的计数器：

package heapStark.concurrentTest.threadLocal;

/**
 * Created by on 2017/12/27.
 */
public class SafeCounter {
    private ThreadLocal<Integer> threadLocal;

    public SafeCounter() {
        this(0);
    }
    public SafeCounter(Integer begain) {
        //重写initialValue()方法，第一次调用get()方法是调用，需要注意get()方法必须要在set()之前调用
        this.threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> begain - 1);
    }

    /**
     * 线程安全的计数方法
     *
     * @return
     */
    public int counter() {
        threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);
        return threadLocal.get();
        /*另一种实现，不需要重写initialValue()方法
        if (threadLocal.get()==null){
            threadLocal.set(0);
            return 0;
        }else {
            threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);
            return threadLocal.get();
        }*/
    }
}

　　

        对应的测试方法为：

@Test
    public void safeCounterTest() throws Exception {
        SafeCounter counter = new SafeCounter();
        //启动五个线程开始计数
        MultiThreadTest.multiThreadRun(()->{
            for (int i = 0; i < 5; i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": "+counter.counter()) ;
            }
        },5);
    }

　　

　　源码分析：

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);     //return t.threadLocals;
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);            //t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);

}

　　可以发现如果直接调用 set(T value) 方法，线程的threadLocals变量实际保存的是对应的此时的value对象，如果不同线程 threadLocals同时持有一个value则仍存在并发时的线程安全问题。

对应的解决方式为不要直接显示的调用set可以在get中调用。

       下面分析get()方法：

     public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }
　　//setInitialValue()方法
   private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();          //重写此方法产生对应的初始值
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);         //这一步检查是否有必要
        else
            createMap(t, value);          //和第一次调用set()一样
        return value;
    }

　　

　　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，在编写供多线程使用的类时，可以把不安全的成员变量封装进ThreadLocal。

　　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。

　　下面是两个简单的获取数据库连接的示例：

import java.sql.Connection;  
import java.sql.SQLException;  
import java.sql.Statement;  
  
public class TestDaoNew {  
    // ①使用ThreadLocal保存Connection变量  
    private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();  
  
    public static Connection getConnection() {  
        // ②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection，  
        // 并将其保存到线程本地变量中。  
        if (connThreadLocal.get() == null) {  
            Connection conn =DriverManager.getConnection(  
                "jdbc:mysql://localhost:3306/test",
                 "username",  "password");
            connThreadLocal.set(conn);  
            return conn;  
        } else {  
            return connThreadLocal.get();// ③直接返回线程本地变量  
        }  
    }  
    public void addTopic() throws SQLException {  
        // ④从ThreadLocal中获取线程对应的Connection  
        Statement stat = getConnection().createStatement();  
    }  
} 

　　

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) {  //不建议使用
        connectionHolder.set(conn);  
    }  
} 

　　

　　不同的线程在使用TestDaoNew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TestDaoNew就可以做到singleton共享了。

　　将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，但无法和相同其它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，ConnectionManager即为对应外部类实现。