Java并发编程实践之ThreadLocal变量

早在JDK1.2的版本中就提供了java.lang.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很容易让人望文生义，想当然地认为是一个“本地线程”。其实，ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量，也许把它命名为ThreadLocalVariable更容易让人理解一些。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，而不会影响其他线程所独立的副本。

     从线程的角度看，目标变量就是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。线程局部变量并不是Java的新发明，很多语言(如IBM XL FORTRAN)在语法层面就提供了线程局部变量。在Java中没有提供语言级支持，而是变相地通过ThreadLocal的类提供支持。

JDK5以后提供了泛型支持，ThreadLocal被定义为支持泛型：

public class ThreadLocal extends Object

T为线程局部变量的类型。该类定义了4个方法：

1)、protected T initialValue():返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。线程的第一次使用get()方法访问变量时将调用此方法，但如果线程之前调用了set(T)方法，则不会对该线程再调用initialValue方法。通常，此方法对每个线程最多调用一次，但如果在调用get()后又调用了remove()，则可能再次调用此方法。

该实现返回null，如果程序员希望线程局部变量具有null以外的值，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完成此操作。

2)public Tget():返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。如果变量没有用于当前线程的值，则先将其初始化为调用initialValue方法返回的值。

3)public 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。大部分子类不需要重写此方法，它们只依靠initialValue()方法来设置线程局部变量的值。

4)public void remove():移除此线程局部变量当前线程的值。如果此线程局部变量随后被当前线程读取，且这期间当前线程没有设置其值，则将调用其initialValue()方法重新初始化其值。这将导致在当前线程多次调用initialValue方法。

下面是一个使用ThreadLocal的例子，每个线程产生自己独立的序列号。就是使用Threadlocal存储每个线程独立的版本号副本，线程之间互不干扰。

public class SequenceNumber {
    //定义匿名内部类创建ThreadLocal的变量
    private static ThreadLocal seqNum=new ThreadLocal(){
        //覆盖初始化方法
        public Integer initialValue(){
            return 0;
        }
    };
    //下一个序列号
    public int getNextNum(){
        seqNum.set(seqNum.get()+1);
        return seqNum.get();
    }
    private static class TestClient extends Thread{
        private SequenceNumber sn;
        public TestClient(SequenceNumber sn){
            this.sn=sn;
        }
        //产生序列号
        public void run(){
            for(int i=0;i<3;i++){
                System.out.println("Thread["+Thread.currentThread().getName()+
                        "] sn["+sn.getNextNum()+"]");
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        SequenceNumber seqNum=new SequenceNumber();
        //三个线程产生各自的序列号
        TestClient t1=new TestClient(seqNum);
        TestClient t2=new TestClient(seqNum);
        TestClient t3=new TestClient(seqNum);
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

public class SequenceNumber { //定义匿名内部类创建ThreadLocal的变量 private static ThreadLocal seqNum=new ThreadLocal(){ //覆盖初始化方法 public Integer initialValue(){ return 0; } }; //下一个序列号 public int getNextNum(){ seqNum.set(seqNum.get()+1); return seqNum.get(); } private static class TestClient extends Thread{ private SequenceNumber sn; public TestClient(SequenceNumber sn){ this.sn=sn; } //产生序列号 public void run(){ for(int i=0;i<3;i++){ System.out.println("Thread["+Thread.currentThread().getName()+ "] sn["+sn.getNextNum()+"]"); } } } public static void main(String[] args) { SequenceNumber seqNum=new SequenceNumber(); //三个线程产生各自的序列号 TestClient t1=new TestClient(seqNum); TestClient t2=new TestClient(seqNum); TestClient t3=new TestClient(seqNum); t1.start(); t2.start(); t3.start(); } }

 程序的运行结果如下：

Thread[Thread-0] sn[1]
Thread[Thread-0] sn[2]
Thread[Thread-0] sn[3]
Thread[Thread-1] sn[1]
Thread[Thread-1] sn[2]
Thread[Thread-1] sn[3]
Thread[Thread-2] sn[1]
Thread[Thread-2] sn[2]
Thread[Thread-2] sn[3]

Thread[Thread-0] sn[1] Thread[Thread-0] sn[2] Thread[Thread-0] sn[3] Thread[Thread-1] sn[1] Thread[Thread-1] sn[2] Thread[Thread-1] sn[3] Thread[Thread-2] sn[1] Thread[Thread-2] sn[2] Thread[Thread-2] sn[3]

     从运行结果可以看出，使用了ThreadLocal后，每个线程产生了独立的序列号，没有相互干扰。通常我们通过匿名内部类的方式定义ThreadLocal的子类，提供初始的变量值。

      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。

     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缜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，时候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。

      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。

     概况起来说，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。前者仅提供了一份变量，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。

     需要注意的是ThreadLocal对象是一个本质上存在风险的工具，应该在完全理解将要使用的线程模型之后，再去使用ThreadLocal对象。这就引出了线程池(thread pool)的问题，线程池是一种线程重用技术，有了线程池就不必为每个任务创建线的线程，一个线程可能会多次使用，用于这种环境的任何ThreadLocal对象包含的都是最后使用该线程的代码锁设置的状态，而不是在开始执行新线程时所具有的未被初始化的状态。

google_protectAndRun("render_ads.js::google_render_ad", google_handleError, google_render_ad);