Java并發(fā)編程基礎(chǔ)之ThreadLocal

? ThreadLocal是一個(gè)線程變量，但本質(zhì)上是一個(gè)以ThreadLocal對(duì)象為鍵、任意對(duì)象為值的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)依附在線程上，線程可以根據(jù)一個(gè)ThreadLocal對(duì)象查詢到綁定這個(gè)線程上的一個(gè)值。

1. ThreadLocal的起源

? 在Java 1.2推出之時(shí)，Java平臺(tái)中就引入了一個(gè)新的支持：java.lang.ThreadLocal，給我們?cè)诰帉懚嗑€程程序時(shí)提供了一種新的選擇，使用這個(gè)工具類可以很簡(jiǎn)潔地編寫出優(yōu)美的多線程程序。

2. ThreadLocal的概念

? 其實(shí)ThreadLocal并非是一個(gè)線程的本地實(shí)現(xiàn)版本，它并不是一個(gè)Thread，而是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。從線程的角度看，就好像每一個(gè)線程都完全擁有該變量。線程局部變量并不是Java的新發(fā)明，在其它的一些語(yǔ)言編譯器實(shí)現(xiàn)（如IBM XL FORTRAN）中，它在語(yǔ)言的層次提供了直接的支持。因?yàn)镴ava中沒有提供在語(yǔ)言層次的直接支持，而是提供了一個(gè)ThreadLocal的類來提供支持。

? 所以，在Java中編寫線程局部變量的代碼相對(duì)比較笨拙，這也許是線程局部變量沒有在Java中得到很好的普及的一個(gè)原因吧。

3. ThreadLocal的設(shè)計(jì)

（1）ThreadLocal的接口：

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; } }

4. ThreadLocal的使用

? 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 {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();

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。

5. ThreadLocal與同步機(jī)制

? 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版本將模版的引入，新的支持模版參數(shù)的ThreadLocal類將從中受益。也可以減少?gòu)?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。

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。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程基础--ThreadLocal的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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