ThreadLocal类深刻理解

jopen 10年前

synchronized这类线程同步的机制可以解决多线程并发问题，在这种解决方案下，多个线程访问到的，都是同一份变量的内容。为了防止在多线程访问的过程中，可能会出现的并发错误。不得不对多个线程的访问进行同步，这样也就意味着，多个线程必须先后对变量的值进行访问或者修改，这是一种以延长访问时间来换取线程安全性的策略。

而ThreadLocal类为每一个线程都维护了自己独有的变量拷贝。每个线程都拥有了自己独立的一个变量，竞争条件被彻底消除了，那就没有任何必要对这些线程进行同步，它们也能最大限度的由CPU调度，并发执行。并且由于每个线程在访问该变量时，读取和修改的，都是自己独有的那一份变量拷贝，变量被彻底封闭在每个访问的线程中，并发错误出现的可能也完全消除了。对比前一种方案，这是一种以空间来换取线程安全性的策略。

主要方法如下：

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。

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、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。

/**
* 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;
    }
}

/**
* 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：</div>

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

</div> </div> 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。

3、数据库连接管理

      public class ConnectionManager {  
    

06

      07      private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {  
    

      08          @Override  
    

      09          protected Connection initialValue() {  
    

      10              Connection conn = null;  
    

      11              try {  
    

      12                  conn = DriverManager.getConnection(  
    

      13                          "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",  
    

      14                          "password");  
    

      15              } catch (SQLException e) {  
    

      16                  e.printStackTrace();  
    

      17              }  
    

      18              return conn;  
    

      19          }  
    

      20      };  
    

21

      22      public static Connection getConnection() {  
    

      23          return connectionHolder.get();  
    

      24      }  
    

25

      26      public static void setConnection(Connection conn) {  
    

      27          connectionHolder.set(conn);  
    

      28      }  
    

      29  }  
    

知其所以然

那么到底ThreadLocal类是如何实现这种“为每个线程提供不同的变量拷贝”的呢？先来看一下ThreadLocal的set()方法的源码是如何实现的：

01 /**

`02`	`* Sets the current thread's copy of this thread-local variable`

`03`	`* to the specified value. Most subclasses will have no need to`

`04`	`* override this method, relying solely on the {@link #initialValue}`

`05`	`* method to set the values of thread-locals.`

06 *

`07`	`* @param value the value to be stored in the current thread's copy of`

`08`	`* this thread-local.`

09 */

`10`	`public` `void` `set(T value) {`

`11`	`Thread t = Thread.currentThread();`

`12`	`ThreadLocalMap map = getMap(t);`

`13`	`if` `(map !=` `null)`

`14`	`map.set(this, value);`

15 else

`16`	`createMap(t, value);`

17 }

</div> </div>

没有什么魔法，在这个方法内部我们看到，首先通过getMap(Thread t)方法获取一个和当前线程相关的ThreadLocalMap，然后将变量的值设置到这个ThreadLocalMap对象中，当然如果获取到的 ThreadLocalMap对象为空，就通过createMap方法创建。

线程隔离的秘密，就在于ThreadLocalMap这个类。ThreadLocalMap是ThreadLocal类的一个静态内部类，它实现了键值对的设置和获取（对比Map对象来理解），每个线程中都有一个独立的ThreadLocalMap副本，它所存储的值，只能被当前线程读取和修改。 ThreadLocal类通过操作每一个线程特有的ThreadLocalMap副本，从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的，完全不会有并发错误。还有一点就是，ThreadLocalMap存储的键值对中的键是this对象指向的ThreadLocal对象，而值就是你所设置的对象了。

为了加深理解，我们接着看上面代码中出现的getMap和createMap方法的实现：

`1`	`ThreadLocalMap getMap(Thread t) {`

`2`	`return` `t.threadLocals;`

3 }

</div> </div>

`1`	`void` `createMap(Thread t, T firstValue) {`

`2`	`t.threadLocals =` `new` `ThreadLocalMap(this, firstValue);`

3 }

</div> </div>

代码已经说的非常直白，就是获取和设置Thread内的一个叫threadLocals的变量，而这个变量的类型就是ThreadLocalMap，这样进一步验证了上文中的观点：每个线程都有自己独立的ThreadLocalMap对象。打开java.lang.Thread类的源代码，我们能得到更直观的证明：

`1`	`/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained`

`2`	`* by the ThreadLocal class. */`

`3`	`ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals =` `null;`

</div> </div>

那么接下来再看一下ThreadLocal类中的get()方法，代码是这么说的：

ThreadLocal类深刻理解

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