ThreadLocal类的实现用法

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。