java多线程之ThreadLocal

1、 什么是ThreadLocal？
早在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。
　　当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。从线程的角度看，目标变量就象是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。
         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(ThreadLocal)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接口主要由四个方法组成initialValue()，get()，set(T)，remove()，其中initialValue()方法是一个protected的方法，只有在重写ThreadLocal的时候有用。
• void set(T t)：为调用该方法的线程存入一个本线程变量。
• T get(): 返回本线程存入ThreadLocal中的值，没有返回空。
• 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，该方法是JDK 5.0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。
• T 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。
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。
注：值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal。


2、ThreadLocal的原理
在查看了java源码后发现，ThreadLocal通过使用ThreadLocalMap（注：这里的Map非java.util.Map子类）实例来存储”线程局部变量”，当第一次设值的时候，如果“map”为空，则创建一个map并set入值，但是这个储值的“Map”并非ThreadLocal的成员变量，而是java.lang.Thread 类的成员变量。

 public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
}
 
    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
}

1）在我们使用ThreadLocal过程中，线程结束后，它的”线程局部变量”是如何回收的呢？
首先，保存”线程局部变量”的map并非是ThreadLocal的成员变量， 而是java.lang.Thread的成员变量。也就是说，线程结束的时候，该map的资源也同时被回收。
解析：
ThreadLocal的set,get方法中均通过如下方式获取Map：
ThreadLocalMap map = getMap(t);
而getMap方法的代码如下：
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}

可见：ThreadLocalMap实例是作为java.lang.Thread的成员变量存储的，每个线程有唯一的一个threadLocalMap。这个map以ThreadLocal对象为key，”线程局部变量”为值，所以一个线程下可以保存多个”线程局部变量”。对ThreadLocal的操作，实际委托给当前Thread，每个Thread都会有自己独立的ThreadLocalMap实例，存储的仓库是Entry[] table；Entry的key为ThreadLocal，value为存储内容；因此在并发环境下，对ThreadLocal的set或get，不会有任何问题。以下为”线程局部变量”的存储图：

“线程局部变量”的存储图

由于treadLocalMap是java.util.Thread的成员变量，threadLocal作为threadLocalMap中的key值，在一个线程中只能保存一个”线程局部变量”。将ThreadLocalMap作为Thread类的成员变量的好处是：

a.当线程死亡时，threadLocalMap被回收的同时，保存的”线程局部变量”如果不存在其它引用也可以同时被回收。

b. 同一个线程下，可以有多个treadLocal实例，保存多个”线程局部变量”。

 

2）如果线程在线程池中，一直存在，而threadLocal在多个地方被循环放入，会不会造成threadLocal对象无法回收？

如下所示：

publicclassTestMain {
    publicstaticvoidmain(String[] args) {
        while(true) {
            for(intj = 0; j < 10; j++) {
                newThreadLocalDomail(newbyte[1024*1024]).getAndPrint();
            }
        }
    }
}
 
classThreadLocalDomail{
    privateThreadLocal threadLocal=newThreadLocal< byte[]>();
 
    public  ThreadLocalDomail(byte[] b){
     threadLocal.set(b);
    }
 
    publicbyte[] getAndPrint(){
     byte[] b=threadLocal.get();
     System.out.println(b.length);
     returnb;
    }
}

因为ThreadLocalMap的Entry是（weakReference）弱引用，在外部不再引用threadLocal对象时，线程map中threadLocal对应的key及其value均会被释放，不会造成内存溢出。以上TestMain代码中的new ThreadLocalDomail在每次循环后即被丢弃，可被垃圾回收器回收，代码可持续运行，不会内存溢出。

注：虽然理论上在线程池中使用Threadlocal由于弱引用不会造成内存溢出，但最好还是在Threadlocal业务周期处理完后显示调用remove(）清空“线程局部变量”中的值。

 

3、Threadlocal和线程同步比较：

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。

1.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慎密地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。

2.而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。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提供了线程安全的共享对象，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，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。

 

4、ThreadLocal最常用的应用场景：

1）解决数据库连接：

private static ThreadLocalconnectionHolder = new ThreadLocal() {
public Connection initialValue() {
    return DriverManager.getConnection(DB_URL);
}
};
 
public static Connection getConnection() {
return connectionHolder.get();
}

2）Session管理：

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

5、SSH框架中Service层和dao层

在使用Spring时，很多人可能对Spring中为什么DAO和Service对象采用单实例方式很迷惑，这些读者是这么认为的：

       DAO对象必须包含一个数据库的连接Connection，而这个Connection不是线程安全的，所以每个DAO都要包含一个不同的Connection对象实例，这样一来DAO对象就不能是单实例的了。

       上述观点对了一半。对的是“每个DAO都要包含一个不同的Connection对象实例”这句话，错的是“DAO对象就不能是单实例”。其实Spring在实现Service和DAO对象时，使用了ThreadLocal这个类，这个是一切的核心!

Spring中DAO和Service都是以单实例的bean形式存在，Spring通过ThreadLocal类将有状态的变量（例如数据库连接Connection）本地线程化，从而做到多线程状况下的安全。在一次请求响应的处理线程中，该线程贯通展示、服务、数据持久化三层，通过ThreadLocal使得所有关联的对象引用到的都是同一个变量。