深入ThreadLocal的内部机制

JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序，ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量。

ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：

void set(Object value)：设置当前线程的线程局部变量的值。

public Object get()：该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。

public void remove()：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

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，该方法是JDK 1.5 新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。

protected Object initialValue()

返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。API方法也相应进行了调整，新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。

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类中定义了一个ThreadLocalMap，每一个Thread中都有一个该类型的变量——threadLocals——用于存储每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。

ThreadLocal的原理

在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。比如下面的示例实现：

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);

}

values.put(Thread.currentThread(), newValue);

return o ;

}

public Object initialValue()

{

return null;

}

}

使用方法

ThreadLocal 的使用

使用方法一：

Hibernate的文档时看到了关于使ThreadLocal管理多线程访问的部分。具体代码如下

1. public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();

2. public static Session currentSession() {

3. Session s = (Session)session.get();

4. //open a new session,if this session has none

5. if(s == null){

6. s = sessionFactory.openSession();

7. session.set(s);

8. }

return s;

9. }

我们逐行分析

1。 初始化一个ThreadLocal对象，ThreadLocal有三个成员方法 get()、set()、initialvalue()。

如果不初始化initialvalue，则initialvalue返回null。

3。session的get根据当前线程返回其对应的线程内部变量，也就是我们需要的net.sf.hibernate.Session（相当于对应每个数据库连接）.多线程情况下共享数据库链接是不安全的。ThreadLocal保证了每个线程都有自己的s（数据库连接）。

5。如果是该线程初次访问，自然，s（数据库连接）会是null，接着创建一个Session，具体就是行6。

6。创建一个数据库连接实例 s

7。保存该数据库连接s到ThreadLocal中。

8。如果当前线程已经访问过数据库了，则从session中get()就可以获取该线程上次获取过的连接实例。

使用方法二

当要给线程初始化一个特殊值时，需要自己实现ThreadLocal的子类并重写该方法，通常使用一个内部匿名类对ThreadLocal进行子类化，EasyDBO中创建jdbc连接上下文就是这样做的：

public class JDBCContext{

private static Logger logger = Logger.getLogger(JDBCContext.class);

private DataSource ds;

protected Connection connection;

}

public static JDBCContext getJdbcContext(javax.sql.DataSource ds)

{

if(jdbcContext==null)jdbcContext=new JDBCContextThreadLocal(ds);

JDBCContext context = (JDBCContext) jdbcContext.get();

if (context == null) {

context = new JDBCContext(ds);

}

return context;

}

private static class JDBCContextThreadLocal extends ThreadLocal {

public javax.sql.DataSource ds;

public JDBCContextThreadLocal(javax.sql.DataSource ds)

{

this.ds=ds;

}

protected synchronized Object initialValue() {

return new JDBCContext(ds);

}

}

}

简单的实现版本

代码清单1 SimpleThreadLocal

public class SimpleThreadLocal {

private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

public void set(Object newValue) {

valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);①键为线程对象，值为本线程的变量副本

}

public Object get() {

valueMap.put(currentThread, o);

}

return o;

}

public void remove() {

valueMap.remove(Thread.currentThread());

}

public Object initialValue() {

return null;

}

}

虽然代码清单9‑3这个ThreadLocal实现版本显得比较幼稚，但它和JDK所提供的ThreadLocal类在实现思路上是相近的。

 

ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？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。

ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。

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。

Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题

我们知道在一般情况下，TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态，因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了。