Java多线程（六）、ThreadLocal类

一、概述

 

ThreadLocal是什么呢？其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本，它并不是一个Thread，而是threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适。线程局部变量(ThreadLocal)其实的功用非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，是Java中一种较为特殊的线程绑定机制，是每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其它线程的副本冲突。

 

从线程的角度看，每个线程都保持一个对其线程局部变量副本的隐式引用，只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的；在线程消失之后，其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收（除非存在对这些副本的其他引用）。

 

通过ThreadLocal存取的数据，总是与当前线程相关，也就是说，JVM 为每个运行的线程，绑定了私有的本地实例存取空间，从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种隔离机制。

 

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单，在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。

 

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。

 

二、API说明

 

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。

 

 

三、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。

 

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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. }  

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、另外一个实例

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。

 

[java] view plain copy print ?

1. /** 
2.  * Created by IntelliJ IDEA. 
3.  * User: leizhimin 
4.  * Date: 2007-11-23 
5.  * Time: 10:45:02 
6.  * 学生 
7.  */  
8. public class Student {  
9.     private int age = 0;   //年龄   
10.    
11.     public int getAge() {  
12.         return this.age;  
13.     }  
14.    
15.     public void setAge(int age) {  
16.         this.age = age;  
17.     }  
18. }  
19.    
20. /** 
21.  * Created by IntelliJ IDEA. 
22.  * User: leizhimin 
23.  * Date: 2007-11-23 
24.  * Time: 10:53:33 
25.  * 多线程下测试程序 
26.  */  
27. public class ThreadLocalDemo implements Runnable {  
28.     //创建线程局部变量studentLocal，在后面你会发现用来保存Student对象   
29.     private final static ThreadLocal studentLocal = new ThreadLocal();  
30.    
31.     public static void main(String[] agrs) {  
32.         ThreadLocalDemo td = new ThreadLocalDemo();  
33.         Thread t1 = new Thread(td, "a");  
34.         Thread t2 = new Thread(td, "b");  
35.         t1.start();  
36.         t2.start();  
37.     }  
38.    
39.     public void run() {  
40.         accessStudent();  
41.     }  
42.    
43.     /** 
44.      * 示例业务方法，用来测试 
45.      */  
46.     public void accessStudent() {  
47.         //获取当前线程的名字   
48.         String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();  
49.         System.out.println(currentThreadName + " is running!");  
50.         //产生一个随机数并打印   
51.         Random random = new Random();  
52.         int age = random.nextInt(100);  
53.         System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);  
54.         //获取一个Student对象，并将随机数年龄插入到对象属性中   
55.         Student student = getStudent();  
56.         student.setAge(age);  
57.         System.out.println("thread " + currentThreadName + " first read age is:" + student.getAge());  
58.         try {  
59.             Thread.sleep(500);  
60.         }  
61.         catch (InterruptedException ex) {  
62.             ex.printStackTrace();  
63.         }  
64.         System.out.println("thread " + currentThreadName + " second read age is:" + student.getAge());  
65.     }  
66.    
67.     protected Student getStudent() {  
68.         //获取本地线程变量并强制转换为Student类型   
69.         Student student = (Student) studentLocal.get();  
70.         //线程首次执行此方法的时候，studentLocal.get()肯定为null   
71.         if (student == null) {  
72.             //创建一个Student对象，并保存到本地线程变量studentLocal中   
73.             student = new Student();  
74.             studentLocal.set(student);  
75.         }  
76.         return student;  
77.     }  
78. }  
79.    
80. 运行结果：  
81. a is running!  
82. thread a set age to:76  
83. b is running!  
84. thread b set age to:27  
85. thread a first read age is:76  
86. thread b first read age is:27  
87. thread a second read age is:76  
88. thread b second read age is:27  
89.    

/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:45:02
 * 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;
    }
}
 
/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:53:33
 * 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：
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
 

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。

 

四、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。

 

 

五、ThreadLocal使用的一般步骤

 

1、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。

2、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。

3、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。

以上转自网络，看了源码后自己的理解：ThreadLocal叫“线程的本地变量”最合适，它为每个线程单独维护一个复本，这个复本实际上存储在当前线程实例的threadLocals变量中，即：t.threadLocals中，而这个threadLocals变量实际又是ThreadLocal的内部类ThreadLocal.ThreadLocalMap的实例。ThreadLocalMap实际上就是个Map，它是以当前ThreadLcoal实例为key来存储。