• 深入研究java.lang.ThreadLocal类


    深入研究java.lang.ThreadLocal类
     
     
    一、概述
     
    ThreadLocal是什么呢?其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本,它并不是一个Thread,而是 threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适。线程局部变量 (ThreadLocal)其实的功用非常简单,就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本,是Java中一种较为特殊的线程绑定机制,是每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会和其它线程的副本冲突。
     
    从线程的角度看,每个线程都保持一个对其线程局部变量副本的隐式引用,只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的;在线程消失之后,其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收(除非存在对这些副本的其他引用)。
     
    通过ThreadLocal存取的数据,总是与当前线程相关,也就是说,JVM 为每个运行的线程,绑定了私有的本地实例存取空间,从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种隔离机制。
     
    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的副本。
     
    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。
     
    二、API说明
     
    ThreadLocal()
              创建一个线程本地变量。
     
    T get()
              返回此线程局部变量的当前线程副本中的值,如果这是线程第一次调用该方法,则创建并初始化此副本。
     
    protected  T initialValue()
              返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次,即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(T) 方法,则不会在线程中再调用 initialValue 方法。
     
       若该实现只返回 null;如果程序员希望将线程局部变量初始化为 null 以外的某个值,则必须为 ThreadLocal 创建子类,并重写此方法。通常,将使用匿名内部类。initialValue 的典型实现将调用一个适当的构造方法,并返回新构造的对象。
     
    void remove()
              移除此线程局部变量的值。这可能有助于减少线程局部变量的存储需求。如果再次访问此线程局部变量,那么在默认情况下它将拥有其 initialValue。
     
    void set(T value)
              将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。许多应用程序不需要这项功能,它们只依赖于 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。
     
    在程序中一般都重写initialValue方法,以给定一个特定的初始值。
     
     
    三、典型实例
     
    1、Hiberante的Session 工具类HibernateUtil
    这个类是Hibernate官方文档中HibernateUtil类,用于session管理。
     
    public class HibernateUtil {
        private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
        private static final SessionFactory sessionFactory;     //定义SessionFactory
     
        static {
            try {
                // 通过默认配置文件hibernate.cfg.xml创建SessionFactory
                sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
            } catch (Throwable ex) {
                log.error("初始化SessionFactory失败!", ex);
                throw new ExceptionInInitializerError(ex);
            }
        }

        //创建线程局部变量session,用来保存Hibernate的Session
        public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
     
        /**
         * 获取当前线程中的Session
         * @return Session
         * @throws HibernateException
         */
        public static Session currentSession() throws HibernateException {
            Session s = (Session) session.get();
            // 如果Session还没有打开,则新开一个Session
            if (s == null) {
                s = sessionFactory.openSession();
                session.set(s);         //将新开的Session保存到线程局部变量中
            }
            return s;
        }
     
        public static void closeSession() throws HibernateException {
            //获取线程局部变量,并强制转换为Session类型
            Session s = (Session) session.get();
            session.set(null);
            if (s != null)
                s.close();
        }
    }
     
    在这个类中,由于没有重写ThreadLocal的initialValue()方法,则首次创建线程局部变量session其初始值为 null,第一次调用currentSession()的时候,线程局部变量的get()方法也为null。因此,对session做了判断,如果为 null,则新开一个Session,并保存到线程局部变量session中,这一步非常的关键,这也是“public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()”所创建对象session能强制转换为Hibernate Session对象的原因。
     
    2、另外一个实例
    创建一个Bean,通过不同的线程对象设置Bean属性,保证各个线程Bean对象的独立性。
     
    /**
     * Created by IntelliJ IDEA.
     * User: leizhimin
     * Date: 2007-11-23
     * Time: 10:45:02
     * 学生
     */
    public class Student {
        private int age = 0;   //年龄
     
        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
     * 多线程下测试程序
     */
    public class ThreadLocalDemo implements Runnable {
        //创建线程局部变量studentLocal,在后面你会发现用来保存Student对象
        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();
        }
     
        /**
         * 示例业务方法,用来测试
         */
        public void accessStudent() {
            //获取当前线程的名字
            String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(currentThreadName + " is running!");
            //产生一个随机数并打印
            Random random = new Random();
            int age = random.nextInt(100);
            System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);
            //获取一个Student对象,并将随机数年龄插入到对象属性中
            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() {
            //获取本地线程变量并强制转换为Student类型
            Student student = (Student) studentLocal.get();
            //线程首次执行此方法的时候,studentLocal.get()肯定为null
            if (student == null) {
                //创建一个Student对象,并保存到本地线程变量studentLocal中
                student = new Student();
                studentLocal.set(student);
            }
            return student;
        }
    }
     
    运行结果:
    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两个线程age在不同时刻打印的值是完全相同的。这个程序通过妙用ThreadLocal,既实现多线程并发,游兼顾数据的安全性。
     
    四、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。
     
     
    五、ThreadLocal使用的一般步骤
     
    1、在多线程的类(如ThreadDemo类)中,创建一个ThreadLocal对象threadXxx,用来保存线程间需要隔离处理的对象xxx。
    2、在ThreadDemo类中,创建一个获取要隔离访问的数据的方法getXxx(),在方法中判断,若ThreadLocal对象为null时候,应该new()一个隔离访问类型的对象,并强制转换为要应用的类型。
    3、在ThreadDemo类的run()方法中,通过getXxx()方法获取要操作的数据,这样可以保证每个线程对应一个数据对象,在任何时刻都操作的是这个对象。
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