Java中ThreadLocal的设计与使用

ThreadLocal

ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本，它并不是一个Thread，
而是thread local
variable（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，就好像每
一个线程都完全拥有该变量。线程局部变量并不是Java的新发明，在其它的一些语言编译器实现（如IBM XL
FORTRAN）中，它在语言的层次提供了直接的支持。因为Java中没有提供在语言层次的直接支持，而是提供了一个ThreadLocal的类来提供支
持，所以，在Java中编写线程局部变量的代码相对比较笨拙，这也许是线程局部变量没有在Java中得到很好的普及的一个原因吧。

ThreadLocal
的设计

首先看看ThreadLocal的接口：

Object get() ;

//
返回当前线程的线程局部变量副本 protected Object initialValue(); // 返回该线程局部变量的当前线程的初始值

void
set(Object value);

// 设置当前线程的线程局部变量副本的值

ThreadLocal有3个方法，其中值得注意
的是initialValue()，该方法是一个protected的方法，显然是为了子类重写而特意实现的。该方法返回当前线程在该线程局部变量的初始
值，这个方法是一个延迟调用方法，在一个线程第1次调用get()或者set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的确实
实现直接返回一个null：

protected Object initialValue() { return null; }

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。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);

}

return o;

}

public void set(Object newValue)

{

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

}

public Object initialValue()

{

return null;

}

}

当
然，这并不是一个工业强度的实现，但JDK中的ThreadLocal的实现总体思路也类似于此。

ThreadLocal的使用

如果
希望线程局部变量初始化其它值，那么需要自己实现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，比如下面的例子，SerialNum类为每一个类分配一个序号

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类的使用将非常
地简单，因为get()方法是static的，所以在需要获取当前线程的序号时，简单地调用：

int serial =
SerialNum.get();

即可。

在线程是活动的并且ThreadLocal对象是可访问的时，该线程就持有一个到该线程局部
变量副本的隐含引用，当该线程运行结束后，该线程拥有的所以线程局部变量的副本都将失效，并等待垃圾收集器收集。

ThreadLocal与其它
同步机制的比较

ThreadLocal和其它同步机制相比有什么优势呢？ThreadLocal和其它所有的同步机制都是为了解决多线程中的对
同一变量的访问冲突，在普通的同步机制中，是通过对象加锁来实现多个线程对同一变量的安全访问的。这时该变量是多个线程共享的，使用这种同步机制需要很细
致地分析在什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放该对象的锁等等很多。所有这些都是因为多个线程共享了资源造成的。
ThreadLocal就从另一个角度来解决多线程的并发访问，ThreadLocal会为每一个线程维护一个和该线程绑定的变量的副本，从而隔离了多个
线程的数据，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，可以把不安全的整个变量封装进ThreadLocal，或者把该对象的特定于线程的状态封装进ThreadLocal。

由于
ThreadLocal中可以持有任何类型的对象，所以使用ThreadLocal
get当前线程的值是需要进行强制类型转换。但随着新的Java版本（1.5）将模版的引入，新的支持模版参数的ThreadLocal类将从中受益。也
可以减少强制类型转换，并将一些错误检查提前到了编译期，将一定程度地简化ThreadLocal的使用。

总结

当然
ThreadLocal并不能替代同步机制，两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问，是为了多个线程之间进行通信的有
效方式；而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源（变量），这样当然不需要对多个线程进行同步了。所以，
如果你需要进行多个线程之间进行通信，则使用同步机制；如果需要隔离多个线程之间的共享冲突，可以使用ThreadLocal，这将极大地简化你的程序，
使程序更加易读、简洁。

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;

private boolean isValid = true;

private
static ThreadLocal jdbcContext;

private JDBCContext(DataSource
ds){

this.ds = ds;

createConnection();

}

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);

}

}

}

使
用单例模式，不同的线程调用getJdbcContext()获得自己的jdbcContext，都是通过JDBCContextThreadLocal
内置子类来获得JDBCContext对象的线程局部变量，这个变量是该线程所独有的。