1 ThreadLocal是什么

早在JDK 1.2的版本号中就提供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。

使用这个工具类能够非常简洁地编写出优美的多线程程序。 ThreadLocal,顾名思义,它不是一个线程。而是线程的一个本地化对象。

当工作于多线程中的对象使用ThreadLocal维护变量时。ThreadLocal为每个使用该变量的线程分配一个独立的变量副本。所以每个线程都能够独立地改变自己的副本。而不会影响其它线程所相应的副本。从线程的角度看,这个变量就像是线程的本地变量,这也是类名中“Local”所要表达的意思。

API的解释:该类提供了线程局部 (thread-local) 变量。这些变量不同于它们的普通相应物,由于訪问某个变量(通过其 get 或 set 方法)的每一个线程都有自己的局部变量,它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例一般是类中的 private static 字段它们希望将状态与某一个线程(比如。用户 ID 或事务 ID)相关联

API提供的使用样例:
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class ThreadId {
// Atomic integer containing the next thread ID to be assigned
private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0); // Thread local variable containing each thread's ID
private static final ThreadLocal<Integer> threadId = new ThreadLocal<Integer>() {
@Override
protected Integer initialValue() {
return nextId.getAndIncrement();
}
}; // Returns the current thread's unique ID, assigning it if necessary
public static int get() {
return threadId.get();
}
}

每一个线程都保持对其线程局部变量副本的隐式引用,仅仅要线程是活动的而且 ThreadLocal 实例是可訪问的。在线程消失之后,其线程局部实例的全部副本都会被垃圾回收(除非存在对这些副本的其它引用)。


2 ThreadLocal类的实现与方法介绍

ThreadLocal类有4个方法例如以下
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相应的线程局部变量。

public void remove()    :将当前线程局部变量的值删除。目的是为了降低内存的占用,该方法是JDK 5.0新增的方法。须要指出的是,当线程结束后,相应该线程的局部变量将自己主动被垃圾回收,所以显式调用该方法清除线程的局部变量并非必须的操作,但它能够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。这种方法是一个延迟调用方法,在线程第1次调用get()或set(Object)时才运行,而且仅运行1次。ThreadLocal中的默认实现直接返回一个null。 

Java语言中,假设一个变量要被多线程訪问。能够使用volatilekeyword声明它为“易变的”;假设一个变量要被某个线程独享。Java中就没有类似C++中_declspec(thread)这种keyword。只是还是能够使用ThreadLocal类来实现线程本地存储的功能。每个线程的Thread对象中都有一个ThreadLocalMap对象,这个对象存储了一组以ThreadLocal.threadLocalHashCode为键,以本地线程变量为值的K-V值对,ThreadLocal对象就是当前线程的ThreadLocalMap訪问入口,每个ThreadLocal对象都包括了一个独一无二的threadLocalHashCode值,使用这个值就能够在线程K-V值对中找回相应的本地线程变量。

ThreadLocal是怎样做到为每个线程维护变量的副本的呢?事实上实现的思路非常easy:在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每个线程的变量副本,Map中元素的键为线程对象,而值相应线程的变量副本。
简单的实现版本号(和jdk的实现思路类似):
public class SimpleThreadLocal {
private final Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap()); public void set(Object newValue) {
//键为线程对象,值为本线程的变量副本
valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);
} public Object get() {
Thread currentThread = Thread.currentThread(); //返回本线程相应的变量
Object o = valueMap.get(currentThread); //假设在Map中不存在,放到Map中保存起来
if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {
o = initialValue();
valueMap.put(currentThread, o);
}
return o;
} public void remove() {
valueMap.remove(Thread.currentThread());
} public Object initialValue() {
return null;
}
}

3  一个多线程样例

通过一个详细的实例了解一下ThreadLocal的详细用法
public class SequenceNumber {

	// 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>() {
@Override
public Integer initialValue() {
return 0;
}
}; // 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) {
SequenceNumber sn = new SequenceNumber(); // 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 final SequenceNumber sn; public TestClient(SequenceNumber sn) {
this.sn = sn;
} @Override
public void run() {
//每一个线程打出3个序列值
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName()
+ "] sn[" + sn.getNextNum() + "]");
}
}
}
}

考查以下输出的结果信息,我们发现每一个线程所产生的序号尽管都共享同一个Sequence Number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,这是由于我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。

thread[Thread-1] sn[1]
thread[Thread-1] sn[2]
thread[Thread-0] sn[1]
thread[Thread-2] sn[1]
thread[Thread-0] sn[2]
thread[Thread-0] sn[3]
thread[Thread-1] sn[3]
thread[Thread-2] sn[2]
thread[Thread-2] sn[3]

4  总结

ThreadLocal本质上是从还有一个角度来解决多线程的并发訪问。ThreadLocal为每个线程提供一个独立的变量副本,从而隔离了多个线程对訪问数据的冲突。由于每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提供了线程安全的对象封装,在编写多线程代码时。能够把不安全的变量封装进ThreadLocal。 概括起来说,对于多线程资源共享的问题,同步机制採用了“以时间换空间”的方式:訪问串行化,对象共享化。而ThreadLocal採用了“以空间换时间”的方式:訪问并行化,对象独享化。

前者仅提供一份变量。让不同的线程排队訪问。而后者为每个线程都提供了一份变量。因此能够同一时候訪问而互不影响。



參考书目:
深入理解JVM,Spring3.x开发实战


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