线程局部变量ThreadLocal

1、简介

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。

2、API

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。程序中一般都重写initialValue方法，以给定一个特定的初始值。

3、代码实例

全局变量并发导致数据不一致问题：

package com.xxx.util;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Date: 15-4-1
* Time: 上午11:37
* To change this template use File | Settings | File Templates.
*/
public class ThreadUnsafeVar implements Runnable{

private Date date;

@Override
public void run() {
date = new Date();
System.out.printf("Starting Thread:%s:%s\n",Thread.currentThread().getId(),date);
try {
//返回其值最接近参数并且是整数的 double 值
int sleepSeconds = (int)Math.rint(Math.random()*10);
System.out.printf("Starting Thread:%s:%s\n",Thread.currentThread().getId(),sleepSeconds);
TimeUnit.SECONDS.sleep(sleepSeconds);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Ending Thread:%s:%s\n",Thread.currentThread().getId(),date);
}
}

线程局部变量为每一个线程保存一份数据：

package com.xxx.util;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Date: 15-4-1
* Time: 上午11:37
* To change this template use File | Settings | File Templates.
*/
public class ThreadLocalVar implements Runnable{

private static ThreadLocal<Date> localDate = new ThreadLocal<Date>(){
protected Date initialValue(){
return new Date();
}
};

@Override
public void run() {
System.out.printf("Starting Thread:%s:%s\n",Thread.currentThread().getId(),localDate.get());
try {
//返回其值最接近参数并且是整数的 double 值
int sleepSeconds = (int)Math.rint(Math.random()*10);
System.out.printf("Starting Thread:%s:%s\n",Thread.currentThread().getId(),sleepSeconds);
TimeUnit.SECONDS.sleep(sleepSeconds);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Ending Thread:%s:%s\n",Thread.currentThread().getId(),localDate.get());
}
}

main类：

package com.xxx.util;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
* Created with IntelliJ IDEA.
* Date: 15-4-1
* Time: 上午11:42
* To change this template use File | Settings | File Templates.
*/
public class ThreadVarMain {

public static void main(String[] args){
//ThreadUnsafeVar threadVar = new ThreadUnsafeVar();
ThreadLocalVar threadVar = new ThreadLocalVar();
for(int i=0;i<10;i++){
Thread thread = new Thread(threadVar);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

}

4、运行结果

全局变量运行结果：



局部变量运行结果：



5、结论

当使用全局变量时，每个线程变量的值都会随线程的并发而改变。使用线程局部变量，每个线程都维护各自的变量，互不影响。

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。

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。

参考： http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/51926/