ThreadLocal是什么

　　 ThreadLocal是thread local variable（線程局部變量）。線程局部變量（ThreadLocal）其實(shí)的功用非常簡(jiǎn)單，就是為每一個(gè)使用該變量的線程都提供一個(gè)變量值的副本，是每一個(gè)線程都可以獨(dú)立地改變自己的副本，而不會(huì)和其它線程的副本沖突。每個(gè)線程只能看到與自己相聯(lián)系的值，而不知道別的線程可能正在使用或修改它們自己的副本。從線程的角度看，就好像每一個(gè)線程都完全擁有該變量。
　ThreadLocal的設(shè)計(jì)

　　 首先看看ThreadLocal的接口：

public class ThreadLocal {
            public Object get();
            public void set(Object newValue);
            public Object initialValue();
            }

      　Object get() ; // 返回當(dāng)前線程的線程局部變量副本
           protected Object initialValue(); // 返回該線程局部變量的當(dāng)前線程的初始值
　　 void set(Object value); // 設(shè)置當(dāng)前線程的線程局部變量副本的值

　　 ThreadLocal有3個(gè)方法，其中值得注意的是initialValue()，該方法是一個(gè)protected的方法，顯然是為了子類重寫而特意實(shí)現(xiàn)的。該方法返回當(dāng)前線程在該線程局部變量的初始值，這個(gè)方法是一個(gè)延遲調(diào)用方法，在一個(gè)線程第1次調(diào)用get()或者set(Object)時(shí)才執(zhí)行，并且僅執(zhí)行1次。ThreadLocal中的確實(shí)實(shí)現(xiàn)直接返回一個(gè)null：

protected Object initialValue() { return null; }

　　ThreadLocal是如何做到為每一個(gè)線程維護(hù)變量的副本的呢？其實(shí)實(shí)現(xiàn)的思路很簡(jiǎn)單，在ThreadLocal類中有一個(gè)Map，用于存儲(chǔ)每一個(gè)線程的變量的副本。比如下面的示例實(shí)現(xiàn)：
public class ThreadLocal
{
　 private Map values = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
　 public Object get()
　 {
　　 Thread curThread = Thread.currentThread(); 
　　 Object o = values.get(curThread); 
　　 if (o == null && !values.containsKey(curThread))
　　 {
　　　 o = initialValue();
　　　 values.put(curThread, o); 
　　 }
　　 return o; 
　 }

　 public void set(Object newValue)
　 {
　　 values.put(Thread.currentThread(), newValue);
　 }

　 public Object initialValue()
　 {
　　 return null; 
　 }
}

這個(gè)實(shí)現(xiàn)的性能不會(huì)很好，因?yàn)槊總€(gè) get() 和 set() 操作都需要 values 映射表上的同步，而且如果多個(gè)線程同時(shí)訪問同一個(gè) ThreadLocal ，那么將發(fā)生爭(zhēng)用。此外，這個(gè)實(shí)現(xiàn)也是不切實(shí)際的，因?yàn)橛?Thread 對(duì)象做 values 映射表中的關(guān)鍵字將導(dǎo)致無法在線程退出后對(duì) Thread 進(jìn)行垃圾回收，而且也無法對(duì)死線程的 ThreadLocal 的特定于線程的值進(jìn)行垃圾回收。




但JDK中的ThreadLocal的實(shí)現(xiàn)總體思路也類似于此。




  j2EE中的Thread

         Web容器中有三個(gè)周期request/Httpsession/application
         其中request是客戶端發(fā)出的一個(gè)請(qǐng)求，這個(gè)request的載體就是一個(gè)線程，實(shí)際等同于一個(gè)線程的生命周期。Request是封裝在線程上面一個(gè)抽象概念。而ThreadLocal則相當(dāng)于多個(gè)線程的一個(gè)共享全局變量存儲(chǔ)地，它里面保存的是和每個(gè)線程相關(guān)的狀態(tài)。所以threadLocal是為線程服務(wù)的，和線程處于一個(gè)底層位置。

         正因?yàn)镾pring/Hibernate這些框架對(duì)于狀態(tài)處理短處，所以才只能透過Web容器的request等狀態(tài)封裝，直接到底層操作與線程同一層次的threadLocal。

         當(dāng)一個(gè)線程或request結(jié)束時(shí)，threadlocal中的狀態(tài)就沒有了，所以threadLocal基本類似request.setAttribute作用，threadLocal中的對(duì)象狀態(tài)的生命周期等同于request.


　ThreadLocal的使用



用 ThreadLocal 實(shí)現(xiàn)每線程 Singleton

線程局部變量常被用來描繪有狀態(tài)“單子”（Singleton） 或線程安全的共享對(duì)象，或者是通過把不安全的整個(gè)變量封裝進(jìn) ThreadLocal ，或者是通過把對(duì)象的特定于線程的狀態(tài)封裝進(jìn) ThreadLocal 。例如，在與數(shù)據(jù)庫有緊密聯(lián)系的應(yīng)用程序中，程序的很多方法可能都需要訪問數(shù)據(jù)庫。在系統(tǒng)的每個(gè)方法中都包含一個(gè) Connection 作為參數(shù)是不方便的 — 用“單子”來訪問連接可能是一個(gè)雖然更粗糙，但卻方便得多的技術(shù)。然而，多個(gè)線程不能安全地共享一個(gè) JDBC Connection 。如清單 3 所示，通過使用“單子”中的 ThreadLocal ，我們就能讓我們的程序中的任何類容易地獲取每線程 Connection 的一個(gè)引用。這樣，我們可以認(rèn)為 ThreadLocal 允許我們創(chuàng)建 每線程單子。


清單 3. 把一個(gè) JDBC 連接存儲(chǔ)到一個(gè)每線程 Singleton 中

 

 public class ConnectionDispenser {
            private static class ThreadLocalConnection extends ThreadLocal {
            public Object initialValue() {
            return DriverManager.getConnection(ConfigurationSingleton.getDbUrl());
            }
            }
            private ThreadLocalConnection conn = new ThreadLocalConnection();
            public static Connection getConnection() {
            return (Connection) conn.get();
            }
            }
            


任何創(chuàng)建的花費(fèi)比使用的花費(fèi)相對(duì)昂貴些的有狀態(tài)或非線程安全的對(duì)象，例如 JDBC Connection 或正則表達(dá)式匹配器，都是可以使用每線程單子（singleton）技術(shù)的好地方。當(dāng)然，在類似這樣的地方，您可以使用其它技術(shù)，例如用池，來安全地管理共享訪問。然而，從可伸縮性角度看，即使是用池也存在一些潛在缺陷。因?yàn)槌貙?shí)現(xiàn)必須使用同步，以維護(hù)池?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的完整性，如果所有線程使用同一個(gè)池，那么在有很多線程頻繁地對(duì)池進(jìn)行訪問的系統(tǒng)中，程序性能將因爭(zhēng)用而降低。
 


用 ThreadLocal 簡(jiǎn)化調(diào)試日志紀(jì)錄

其它適合使用 ThreadLocal 但用池卻不能成為很好的替代技術(shù)的應(yīng)用程序包括存儲(chǔ)或累積每線程上下文信息以備稍后檢索之用這樣的應(yīng)用程序。例如，假設(shè)您想創(chuàng)建一個(gè)用于管理多線程應(yīng)用程序調(diào)試信息的工具。您可以用如清單 4 所示的 DebugLogger 類作為線程局部容器來累積調(diào)試信息。在一個(gè)工作單元的開頭，您清空容器，而當(dāng)一個(gè)錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)，您查詢?cè)撊萜饕詸z索這個(gè)工作單元迄今為止生成的所有調(diào)試信息。


清單 4. 用 ThreadLocal 管理每線程調(diào)試日志

 

   public class DebugLogger {
            private static class ThreadLocalList extends ThreadLocal {
            public Object initialValue() {
            return new ArrayList();
            }
            public List getList() {
            return (List) super.get();
            }
            }
            private ThreadLocalList list = new ThreadLocalList();
            private static String[] stringArray = new String[0];
            public void clear() {
            list.getList().clear();
            }
            public void put(String text) {
            list.getList().add(text);
            }
            public String[] get() {
            return list.getList().toArray(stringArray);
            }
            }
            


在您的代碼中，您可以調(diào)用 DebugLogger.put() 來保存您的程序正在做什么的信息，而且，稍后如果有必要（例如發(fā)生了一個(gè)錯(cuò)誤），您能夠容易地檢索與某個(gè)特定線程相關(guān)的調(diào)試信息。 與簡(jiǎn)單地把所有信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)到一個(gè)日志文件，然后努力找出哪個(gè)日志記錄來自哪個(gè)線程（還要擔(dān)心線程爭(zhēng)用日志紀(jì)錄對(duì)象）相比，這種技術(shù)簡(jiǎn)便得多，也有效得多。

ThreadLocal 在基于 servlet 的應(yīng)用程序或工作單元是一個(gè)整體請(qǐng)求的任何多線程應(yīng)用程序服務(wù)器中也是很有用的，因?yàn)樵谔幚碚?qǐng)求的整個(gè)過程中將要用到單個(gè)線程。您可以通過前面講述的每線程單子技術(shù)用 ThreadLocal 變量來存儲(chǔ)各種每請(qǐng)求（per-request）上下文信息。






　　 如果希望線程局部變量初始化其它值，那么需要自己實(shí)現(xiàn)ThreadLocal的子類并重寫該方法，通常使用一個(gè)內(nèi)部匿名類對(duì)ThreadLocal進(jìn)行子類化，比如下面的例子，SerialNum類為每一個(gè)類分配一個(gè)序號(hào)：

public class SerialNum
{
　 // The next serial number to be assigned

　 private static int nextSerialNum = 0;
　 private static ThreadLocal serialNum = new ThreadLocal()
　 {
　　 protected synchronized Object initialValue()
　　 {
　　　 return new Integer(nextSerialNum++);
　　 }
　 };

　 public static int get()
　 {
　　 return ((Integer) (serialNum.get())).intValue();
　 }
}

　　SerialNum類的使用將非常地簡(jiǎn)單，因?yàn)間et()方法是static的，所以在需要獲取當(dāng)前線程的序號(hào)時(shí)，簡(jiǎn)單地調(diào)用：

int serial = SerialNum.get();

　　即可。

　　 在線程是活動(dòng)的并且ThreadLocal對(duì)象是可訪問的時(shí)，該線程就持有一個(gè)到該線程局部變量副本的隱含引用，當(dāng)該線程運(yùn)行結(jié)束后，該線程擁有的所以線程局部變量的副本都將失效，并等待垃圾收集器收集。

　　 ThreadLocal與其它同步機(jī)制的比較

　　 ThreadLocal和其它同步機(jī)制相比有什么優(yōu)勢(shì)呢？ThreadLocal和其它所有的同步機(jī)制都是為了解決多線程中的對(duì)同一變量的訪問沖突，在普通的同步機(jī)制中，是通過對(duì)象加鎖來實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程對(duì)同一變量的安全訪問的。這時(shí)該變量是多個(gè)線程共享的，使用這種同步機(jī)制需要很細(xì)致地分析在什么時(shí)候?qū)ψ兞窟M(jìn)行讀寫，什么時(shí)候需要鎖定某個(gè)對(duì)象，什么時(shí)候釋放該對(duì)象的鎖等等很多。所有這些都是因?yàn)槎鄠€(gè)線程共享了資源造成的。ThreadLocal就從另一個(gè)角度來解決多線程的并發(fā)訪問，ThreadLocal會(huì)為每一個(gè)線程維護(hù)一個(gè)和該線程綁定的變量的副本，從而隔離了多個(gè)線程的數(shù)據(jù)，每一個(gè)線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對(duì)該變量進(jìn)行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的共享對(duì)象，在編寫多線程代碼時(shí)，可以把不安全的整個(gè)變量封裝進(jìn)ThreadLocal，或者把該對(duì)象的特定于線程的狀態(tài)封裝進(jìn)ThreadLocal。

　　 由于ThreadLocal中可以持有任何類型的對(duì)象，所以使用ThreadLocal get當(dāng)前線程的值是需要進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。但隨著新的Java版本（1.5）將模版的引入，新的支持模版參數(shù)的ThreadLocal<T>類將從中受益。也可以減少強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，并將一些錯(cuò)誤檢查提前到了編譯期，將一定程度地簡(jiǎn)化ThreadLocal的使用。

　　 總結(jié)

　　 當(dāng)然ThreadLocal并不能替代同步機(jī)制，兩者面向的問題領(lǐng)域不同。同步機(jī)制是為了同步多個(gè)線程對(duì)相同資源的并發(fā)訪問，是為了多個(gè)線程之間進(jìn)行通信的有效方式；而ThreadLocal是隔離多個(gè)線程的數(shù)據(jù)共享，從根本上就不在多個(gè)線程之間共享資源（變量），這樣當(dāng)然不需要對(duì)多個(gè)線程進(jìn)行同步了。所以，如果你需要進(jìn)行多個(gè)線程之間進(jìn)行通信，則使用同步機(jī)制；如果需要隔離多個(gè)線程之間的共享沖突，可以使用ThreadLocal，這將極大地簡(jiǎn)化你的程序，使程序更加易讀、簡(jiǎn)潔。


實(shí)例：
public class Hello implements Runnable{
    static class Counter{
        int c = 0;
        public void Count(){
            System.out.println(Thread.currentThread().hashCode() + ": "+ c++);
        }
    }
    private static ThreadLocal counter = new ThreadLocal(){
        protected Object initialValue() {return new Counter();}
    };
    public static Counter Counter(){return (Counter)counter.get();} 
    
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        Hello h = new Hello();
        h.run();
        new Thread(new Hello()).start();
        Thread.sleep(1000L);
        h.run();
        Counter().Count();
    }

    public void run() {
        Counter().Count();
        Counter().Count();
        Counter().Count();
    }
}

結(jié)果：
25358555: 0
25358555: 1
25358555: 2
26399554: 0
26399554: 1
26399554: 2
25358555: 3
25358555: 4
25358555: 5
25358555: 6

看樣ThreadLocal工作的很好．請(qǐng)注意ThreadLocal類似一個(gè)訪問媒介，get()返回的值是存儲(chǔ)在當(dāng)前線程中的．

值得注意的是InheritableThreadLocal類，可以使ThreadLocal數(shù)據(jù)傳遞到子線程中．

另外servlet線程可能會(huì)被重新利用，要注意在每個(gè)servlet開始時(shí)重新初始化．