java并发编程（3）：ThreadLocal

一. 对ThreadLocal的理解

ThreadLocal,很多地方叫做线程本地变量，也有地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

这句话从字面上看起来看容易理解，但真正理解并不是那么容易。

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/**   * 学习ThreadLocal   * Created by mrf on 2016/3/6.   */ public  class  ConnectionManager {      private  static  Connection connection =  null ;      public  static  Connection openConnection()  throws  SQLException {          if (connection ==  null ){              connection = DriverManager.getConnection( "url" , "username" , "password" );          }          return  connection;      }        public  static  void  closeConnection()  throws  SQLException {          if  (connection!= null )              connection.close();      } }

假设有这样一个数据库连接管理类，这段代码在单线程中使用没有任何问题的，但是如果在多线程就会存在线程安全问题：

• 这里面的2个方法没有同步，很可能在openConnection方法中多次创建connect
• 由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保证线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程closeConnection关闭链接

所以出于线程安全的考虑，必须将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理。这样会大大影响程序的执行效率，因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候，其他线程只有等待。

那么，大家来自习分析一下这个问题，这地方到底需不需要讲connect变量进行共享？事实上，是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。那么直接在使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库，然后在方法调用完毕再释放这个链接，比如：

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class  ConnectionManager2{      private  Connection connection =  null ;      public  Connection openConnection()  throws  SQLException {          if  (connection== null ){              connection = DriverManager.getConnection( "url" , "username" , "password" );          }          return  connection;      }        public  void  closeConnection()  throws  SQLException {          if  (connection!= null )              connection.close();      } } class  Dao{      public  void  insert()  throws  SQLException {          ConnectionManager2 connectionManager2 =  new  ConnectionManager2();          Connection connection = connectionManager2.openConnection();          //使用connection进行操作            connectionManager2.closeConnection();      } }

这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不仅严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。

那么这种情况下使用ThreadLocal是再合适不过了，因为ThreadLocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。

但是要注意，虽然ThreadLocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不是用ThreadLocal要大。

二. 深入解析ThreadLocal类

在上面谈到了对ThreadLocal的一些理解，那我们下面来看一下具体ThreadLocal是如何实现的。

先了解下ThreadLocal类提供的几个方法：

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public  T get() { } public  void  set(T value) { } public  void  remove() { } protected  T initialValue() { }

get()方法是用来获取ThreadLocal在当前线程中保存的变量副本，set()用来设置当前线程中变量的副本，remove()用来移除当前线程中变量的副本，initialValue()是一个protected方法，一般用来在使用时进行重写的，它是一个延迟加载方法。

首先我们来看一下ThreadLocal类时如何为每个线程创建一个变量的副本的。

先看get方法的实现：

+ View Code

第一句是取得当前线程，然后通过getMap(t)方法获取一个map，map的类型为ThreadLocalMap.然后下面获取到key-value,注意这里获取键值对传进去的是this，而不是当前线程t。

如果获取成功，则返回value值。如果map为空，则调用setInitialValue方法返回value。我们上的每一句来自习分析：

首先看一下getMap方法中做了什么：

+ View Code

可能大家没有想到的是，在getMap中，是调用当前线程t，返回当前线程t中一个成员变量threadLocals.那么继续Thread类中看看成员变量ThreadLocals是什么：

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/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained       * by the ThreadLocal class. */      ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals =  null ;

实际上就是一个ThreadLocalMap,这个类型是ThreadLocal类的一个内部类，我们继续看ThreadLocalMap的实现：

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/**   * ThreadLocalMap is a customized hash map suitable only for   * maintaining thread local values. No operations are exported   * outside of the ThreadLocal class. The class is package private to   * allow declaration of fields in class Thread.  To help deal with   * very large and long-lived usages, the hash table entries use   * WeakReferences for keys. However, since reference queues are not   * used, stale entries are guaranteed to be removed only when   * the table starts running out of space.   */ static  class  ThreadLocalMap {        /**       * The entries in this hash map extend WeakReference, using       * its main ref field as the key (which is always a       * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()       * == null) mean that the key is no longer referenced, so the       * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to       * as "stale entries" in the code that follows.       */      static  class  Entry  extends  WeakReference<ThreadLocal> {          /** The value associated with this ThreadLocal. */          Object value;            Entry(ThreadLocal k, Object v) {              super (k);              value = v;          }      }

可以看到ThreadLocalMap的Entry继承了WeakReference作为键值。然后继续看setInitialValue方法的具体实现：

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/**   * Variant of set() to establish initialValue. Used instead   * of set() in case user has overridden the set() method.   *   * @return the initial value   */ private  T setInitialValue() {      T value = initialValue();      Thread t = Thread.currentThread();      ThreadLocalMap map = getMap(t);      if  (map !=  null )          map.set( this , value);      else          createMap(t, value);      return  value; }

很容易了解，就是如果map不为空，就设置键值对，为空则创建map，看下createMap的实现：

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/**      * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in      * InheritableThreadLocal.      *      * @param t the current thread      * @param firstValue value for the initial entry of the map      * @param map the map to store.      */     void  createMap(Thread t, T firstValue) {         t.threadLocals =  new  ThreadLocalMap( this , firstValue);     }

至此，可能大部分朋友已经明白了ThreadLocal是如何为每个线程创建变量副本的：

首先，在每个线程Thread内部又一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals,这个threaLocals就是用来存储实际的变量副本的，键值为当前ThreadLocal变量，value为变量副本（即T类型的变量）。

初始时，在Thread里面，ThreadLocals为空，当通过ThreadLocal变量调用get()方法或者set()方法，就会对Thread类中的threadLocals进行初始化，并且以当前ThreadLocal变量为键值，以ThreadLocal要保存的副本变量为value，存到threadLocals.

然后在当前线程里，如果要使用副本变量，就可以通过get方法在threadLocals里面查找。

下面通过一个例子来证明通过ThreadLocal能达到在每个线程中创建变量副本的效果：

 

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/**   * 测试ThreadLocal变量在不同线程中变量的值是不同的。   * 因为每个线程都有个副本，然后可以针对副本进行修改而不影响其他线程中变量的副本值   */ class  TestThreadLocal2{      ThreadLocal<Long> longLocal =  new  ThreadLocal<>();      ThreadLocal<String> stringLocal =  new  ThreadLocal<>();      public  void  set(){          longLocal.set(Thread.currentThread().getId());          stringLocal.set(Thread.currentThread().getName());      }        public  long  getLong(){          return  longLocal.get();      }        public  String getString(){          return  stringLocal.get();      }        public  static  void  main(String[] args)  throws  InterruptedException {          final  TestThreadLocal2 test =  new  TestThreadLocal2();          test.set();          System.out.println( "===========main线程==============" );          System.out.println(test.getLong());          System.out.println(test.getString());            Thread t1 =  new  Thread(){              public  void  run(){                  test.set();                  System.out.println( "===========t线程==============" );                  System.out.println(test.getLong());                  System.out.println(test.getString());              }          };          t1.start();          t1.join();          System.out.println( "===========main线程==============" );          System.out.println(test.getLong());          System.out.println(test.getString());      } }

这段代码的输出结果为：

+ View Code

从这段代码的输出结果可以看出，在main线程中和thread0线程中,longLocal保存的副本值和stringLocal保存的副本值都不一样。最后一次在main线程再次打印副本值是为了证明main线程中和thread0线程中的副本值确实是不同的。

总结一下：

1. 实际的通过ThreadLocal创建的副本是存储在每个线程自己的threadLocals中的；
2. 为何threadLocals的类型为ThreadLocalMap的键值为ThreadLocal对象？因为每个线程中个可以有多个ThreadLocal变量，就像上面的long和string；
3. 在进行get之前必须先set，否则空指针异常；如果不想set则必须重写initialValue()方法。因为在上面的代码分析过程中，我们发现如果没有先set的话，即在map中查找不到对应的存储，则会通过调用setInitialValue方法返回i，而在setInitialValue方法中个，有一个语句是T value = initailValue()，而默认情况下，initialValue方法返回的是null。

因此，如果不set则要设置initialValue方法：

+ View Code

三.ThreadLocal的应用场景

最常见的ThreadLocal使用场景为：数据库连接，Session管理等。

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/**   * Created by mrf on 2016/3/4.   */ public  class  TestThreadLocal {      private  static  ThreadLocal<Connection> connectionHolder =  new  ThreadLocal<Connection>(){          public  Connection initialValue(){              try  {                  return  DriverManager.getConnection( "url" , "username" , "password" );              }  catch  (SQLException e) {                  e.printStackTrace();              }              return  null ;          }      };        public  static  Connection getConnection(){          return  connectionHolder.get();      } }

　　

下面这段代码摘自：

　　http://www.iteye.com/topic/103804

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private  static  final  ThreadLocal threadSession =  new  ThreadLocal();    public  static  Session getSession()  throws  InfrastructureException {      Session s = (Session) threadSession.get();      try  {          if  (s ==  null ) {              s = getSessionFactory().openSession();              threadSession.set(s);          }      }  catch  (HibernateException ex) {          throw  new  InfrastructureException(ex);      }      return  s; }

　　

本文转自Ryan.Miao博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/woshimrf/p/5248190.html，如需转载请自行联系原作者