Spring-利用ThreadLocal解决线程安全问题

ThreadLocal是什么

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。所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程所对应的副本。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。



ThreadLocal的方法很简单，主要的就是4个方法

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// 设置当前线程的线程局部变量的值 void set(T value) // 返回当前线程所对应的线程局部变量 public T get() // 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，加快内存回收的速度 public void remove() // 返回该线程局部变量的初始值，让子类继承而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第一次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的默认实现直接返回一个null。 protected T initialValue()

ThreadLocal的实现思路

那么ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护一份独立的变量副本呢？其实实现思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储没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。我们自己也可以提供一个简单的实现版本：

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public class SimpleThreadLocal { private Map<Thread, Object> valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()); public void set(Object newValue) { valueMap.set(Thread.currentThread(), newValue); } public Object get() { Thread currentThread = Thread.currentThread(); Object o = valueMap.get(currentThread); 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; } }

ThreadLocal的运用

下面是我在项目中运用ThreadLocal来实现多线程情况下，用户信息的管理Session：

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package com.benjamin.common.session; import java.util.HashMap; import java.util.Map; /** * Created by piqiu on 2/27/16. * 用户Session信息保管类 */ public class UserSession { /** 保存用户的信息 **/ private static final ThreadLocal<Map<Object, Object>> userThreadLocal = new ThreadLocal<>(); protected UserSession(){} public static Object get(String attribute) { Map<Object, Object> userInfo = userThreadLocal.get(); Object o = null; if (userInfo != null) { o = userInfo.get(attribute); } return o; } public static <T> T get(String attribute, Class<T> clazz) { return (T)get(attribute); } public static void set(Object attribute, Object value) { Map<Object, Object> userInfo = userThreadLocal.get(); if (userInfo == null) { userInfo = new HashMap<>(); userThreadLocal.set(userInfo); } userInfo.put(attribute, value); } }

ThreadLocal与Thread同步机制的比较

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，那么，ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？
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缜密的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为每一个线程提供一个独特的变量副本，从而隔离了多个线程对访问数据的冲突。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提供了线程安全的对象封装，在编写多线程代码时，可以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，同步机制采用了“以时间换空间”的方式：访问串行化，对象共享化。而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式：访问并行化，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利用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）中非线程安全的“状态性对象”采用ThreadLocal进行封装，让它们也成为线程安全的“状态性对象”，因为有状态的Bean就能够以singleton方式在多线程中正常工作了。
通过查看TransactionSynchronizationManager源码可以发现Spring事务的工作机制，我们可以自己利用ThreadLocal来实现自定义的Session和Transaction管理：

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package com.benjamin.common; import org.hibernate.Session; import org.hibernate.SessionFactory; import org.hibernate.Transaction; import org.hibernate.cfg.Configuration; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; import java.io.File; /** * Created by piqiu on 2/27/16. */ public class HibernateUtil { private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HibernateUtil.class); /** 存储hibernate session的ThreadLocal **/ private static final ThreadLocal<Session> sessionThreadLocal = new ThreadLocal<>(); /** 存储事务n的ThreadLocal **/ private static final ThreadLocal<Transaction> transactionThreadLocal = new ThreadLocal<>(); /** session工厂 **/ private static SessionFactory sessionFactory; /** * 初始化sessionFactory * @param file */ public static void initSessionFactory(File file) { Configuration configuration = new Configuration(); configuration.configure(file); sessionFactory = configuration.buildSessionFactory(); } /** * 取得当前线程绑定的session * @return */ public static Session currentSession() { Session session = sessionThreadLocal.get(); if (session == null) { session = sessionFactory.openSession(); sessionThreadLocal.set(session); } return session; } /** * 关闭session */ public static void closeSession() { Session session = sessionThreadLocal.get(); if (session != null) { sessionThreadLocal.set(null); session.clear(); session.close(); } } /** * 取得当前session的事务 * @return */ public static Transaction transaction() { Transaction transaction = transactionThreadLocal.get(); if (transaction == null) { transaction = currentSession().beginTransaction(); transactionThreadLocal.set(transaction); } return transaction; } /** * 提交事务 */ public static void commitTransaction() { Transaction transaction = transactionThreadLocal.get(); transactionThreadLocal.set(null); if (transaction != null) { transaction.commit(); } } /** * 回滚事务 */ public static void rollbackTransaction() { Transaction transaction = transactionThreadLocal.get(); transactionThreadLocal.set(null); if (transaction != null) { transaction.rollback(); } } }