Java并发编程-ThreadLocal

最新推荐文章于 2024-12-18 15:27:34 发布

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#java #多线程 #线程安全

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本文详细介绍了Java多线程中ThreadLocal的正确使用方法及其不当用法。包括ThreadLocal的基本原理、初始化方式、错误示例等，并对比了ThreadLocal与synchronized的不同应用场景。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

在java多线程中，为保证可变数据线程安全一种方式是使用同步的形式，另外一种方式是控制数据不被多线程共享--这种数据控制方式叫做数据线程封闭。数据的线程封闭通常使用局部变量（即数据属于线程私有）或者ThreadLocal（ThreadLocal对象原则上设计其包装的数据是每个线程对应一个值，即通常所说每个线程保存一个ThreadLocal副本）。根据自己理解的谈谈ThreadLocal的一般用法和不合理用法。

一、ThreadLocal一般用法

1、使用getXXX()方法进行ThreadLocal<T> 类型T的初始化工作，ThreadLocal对象本身是所有线程共享的，只有T的对象是在启用线程或者使用ThreadLocal时候初始化的。

getXXX()方法就是在第一次线程使用ThreadLocal的时候进行初始化。其步骤是：

a. 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。
b. 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。
c. 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。

上代码：

package cn.com.chp3.threadlocal;

import java.util.Random;

public class ThreadLocalDemo {
	
	 private static final ThreadLocal<Apple> threadlocal = new ThreadLocal<Apple>();
	 
	 public Apple getApple(){
		 Apple apple = threadlocal.get();
		 if(apple == null){
			 Random random = new Random();
		     int index = random.nextInt(5);
			 apple = new Apple();
			 apple.setColor(index);
			 threadlocal.set(apple);
		 }
		 return apple;
	 }
	 
	 public void displayThreadApple(){
		 int index = 10;
		 while(index > 0){
			 String currentThreadName = Thread.currentThread().getName(); 
		     Apple apple = getApple();
		     System.out.println(currentThreadName + " is running: " + "[ThreadLocal: " + threadlocal + "][apple: " + apple + "] [color: " + apple.getColor() + "]");
			 index--;
			 Thread.yield();
		 }
	 }
}

package cn.com.chp3.threadlocal;

public class ThreadLocalTest implements Runnable{
	
	public final static ThreadLocalDemo td = new ThreadLocalDemo();

	public static void main(String[] args) {
		ThreadLocalTest test = new ThreadLocalTest();
		td.displayThreadApple();
		Thread th1 = new Thread(test, "threadA");
		Thread th2 = new Thread(test, "threadB");
		th1.start();
		th2.start();
	}

	@Override
	public void run() {
		td.displayThreadApple();
	}
	
}

package cn.com.chp3.threadlocal;

public class Apple {
	private int color;
	public int getColor() {
		return color;
	}

	public void setColor(int color) {
		this.color = color;
	}
}

输出结果(结果只列出三行输出，不同线程输出同一个ThreadLocal实例，不同Apple实例，不同Apple颜色)：
main is running: [ThreadLocal: java.lang.ThreadLocal@ca0b6][apple: cn.com.chp3.threadlocal.Apple@10b30a7] [color: 0]
threadA is running: [ThreadLocal: java.lang.ThreadLocal@ca0b6][apple: cn.com.chp3.threadlocal.Apple@69b332] [color: 2]
threadB is running: [ThreadLocal: java.lang.ThreadLocal@ca0b6][apple: cn.com.chp3.threadlocal.Apple@530daa] [color: 1]

2、重写ThreadLocal的initialValue()方法进行初始化，代码直接使用API里面提供的源码做记录。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

 public class UniqueThreadIdGenerator {

     private static final AtomicInteger uniqueId = new AtomicInteger(0);

     private static final ThreadLocal < Integer > uniqueNum = 
         new ThreadLocal < Integer > () {
             @Override protected Integer initialValue() {
                 return uniqueId.getAndIncrement();
         }
     };
 
     public static int getCurrentThreadId() {
         return uniqueId.get();
     }
 }

二、个人认为是ThreadLocal错误使用或者违反ThreadLocal设计原则的方法。{只是在验证ThreadLocal特性的过程中想出来的，也许使用过程中很少出现这种问题}

1、只在主线程中给ThreadLocal进行了初始化，其他线程中没有进行初始化。{只要按照推荐ThreadLocal两种初始化方法进行设计出现这种情况概率为零}

package cn.com.chp3.threadlocal;

import java.util.Random;

public class FailThreadLocalDemo {
	private static final Apple apple;
	private static final ThreadLocal<Apple> threadlocal = new ThreadLocal<Apple>();
	
	static{
		apple = new Apple();
		threadlocal.set(apple);//仅是对主线程的ThreadLocal的值进行初始化
	}

        //getApple()方法没有进行初始化，而是直接取threadLocal的值，当线程进入时ThreadLocal还未来得及初始化 
	public Apple getApple(){
		 Apple apple = threadlocal.get();
		 if(apple == null){
			 String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
			 throw new RuntimeException(currentThreadName + ": 空指针错误！"); 
		 }
		 return apple;
	 }
	 
	 public void displayThreadApple(){
		 int index = 10;
		 while(index > 0){
			 String currentThreadName = Thread.currentThread().getName(); 
		     Apple apple = getApple();
		     System.out.println(currentThreadName + " is running: " + "[ThreadLocal: " + threadlocal + "][apple: " + apple + "] [color: " + apple.getColor() + "]");
			 index--;
			 Thread.yield();
		 }
	 }
}

package cn.com.chp3.threadlocal;

public class FailThreadLocalTest implements Runnable{
	
	public static final FailThreadLocalDemo td = new FailThreadLocalDemo();

	public static void main(String[] args) {
		FailThreadLocalTest test = new FailThreadLocalTest();
		td.displayThreadApple();
		Thread th1 = new Thread(test, "threadA");
		Thread th2 = new Thread(test, "threadB");
		th1.start();
		th2.start();
	}

	@Override
	public void run() {
		td.displayThreadApple();
	}
}

运行结果（主线程正常打印出值，A,B两个线程报空指针）：

main is running: [ThreadLocal: java.lang.ThreadLocal@1fb8ee3][apple: cn.com.chp3.threadlocal.Apple@61de33] [color: 0]
Exception in thread "threadA" java.lang.RuntimeException: threadA: 空指针错误！
    at cn.com.chp3.threadlocal.FailThreadLocalDemo.getApple(FailThreadLocalDemo.java:28)
    at cn.com.chp3.threadlocal.FailThreadLocalDemo.displayThreadApple(FailThreadLocalDemo.java:37)
    at cn.com.chp3.threadlocal.FailThreadLocalTest.run(FailThreadLocalTest.java:18)
    at java.lang.Thread.run(Unknown Source)
Exception in thread "threadB" java.lang.RuntimeException: threadB: 空指针错误！
    at cn.com.chp3.threadlocal.FailThreadLocalDemo.getApple(FailThreadLocalDemo.java:28)
    at cn.com.chp3.threadlocal.FailThreadLocalDemo.displayThreadApple(FailThreadLocalDemo.java:37)
    at cn.com.chp3.threadlocal.FailThreadLocalTest.run(FailThreadLocalTest.java:18)
    at java.lang.Thread.run(Unknown Source)

2、进行了初始化，但是初始化ThreadLocal<T>时各个线程的T类型实例引用同一个实例，这样违反了每个线程保存一个ThreadLocal副本的设计思想。

package cn.com.chp3.threadlocal;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class MisUseThreadLocal implements Runnable{
	
	private static final Apple apple = new Apple();
	private static final ThreadLocal<Apple> threadlocal = new ThreadLocal<Apple>(){
		public Apple initialValue() { 
			return apple; 
		} 
	};
	
	@Override
	public void run() {
		displayThreadApple();
	}
	
	public Apple getApple(){
		 Apple apple = threadlocal.get();
		 if(apple == null){
			 String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
			 throw new RuntimeException(currentThreadName + ": 空指针错误！"); 
		 }
		 return apple;
	 }
	 
	 public void displayThreadApple(){
		 int index = 10;
		 while(index > 0){
			 String currentThreadName = Thread.currentThread().getName(); 
		     Apple apple = getApple();
		     System.out.println(currentThreadName + " is running: " + "[ThreadLocal: " + threadlocal + "][apple: " + apple + "] [color: " + apple.getColor() + "]");
			 index--;
			 Thread.yield();
		 }
	 }
	 
	 public static void main(String[] args) {
		MisUseThreadLocal test = new MisUseThreadLocal();
		test.displayThreadApple();
		Thread th1 = new Thread(test, "threadA");
		Thread th2 = new Thread(test, "threadB");
		th1.start();
		th2.start();
	}
	 
}

运行结果（三个线程运行结果出线程名不同外其他都相同）：

main is running: [ThreadLocal: cn.com.chp3.threadlocal.MisUseThreadLocal$1@1fb8ee3][apple: cn.com.chp3.threadlocal.Apple@61de33] [color: 0]
threadA is running: [ThreadLocal: cn.com.chp3.threadlocal.MisUseThreadLocal$1@1fb8ee3][apple: cn.com.chp3.threadlocal.Apple@61de33] [color: 0]
threadB is running: [ThreadLocal: cn.com.chp3.threadlocal.MisUseThreadLocal$1@1fb8ee3][apple: cn.com.chp3.threadlocal.Apple@61de33] [color: 0]

三、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。

四、推荐

《主题：正确理解ThreadLocal》：http://www.iteye.com/topic/103804 对源码分析部分比较好理解。