Spring-利用ThreadLocal解决线程安全问题

2021-11-11 10:17:06

ThreadLocal是什么

ThreadLocal，顾名思义，它不是一个线程，而是线程的一个本地化对象。当工作于多线程中的对象使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程分配一个独立的变量副本。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对应的副本。从线程的角度看，这个变量就像是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。

ThreadLocal的方法很简单，主要的就是4个方法

// 设置当前线程的线程局部变量的值
void set(T value)

// 返回当前线程所对应的线程局部变量
public T get()

// 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，加快内存回收的速度
public void remove()

// 返回该线程局部变量的初始值，让子类继承而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第一次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的默认实现直接返回一个null。
protected T initialValue()

ThreadLocal的实现思路

那么ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护一份独立的变量副本呢？其实实现思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储没一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。我们自己也可以提供一个简单的实现版本：

public class SimpleThreadLocal {
	private Map<Thread, Object> valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
	
	public void set(Object newValue) {
		valueMap.set(Thread.currentThread(), newValue);
	}
	
	public Object get() {
		Thread currentThread = Thread.currentThread();
		Object o = valueMap.get(currentThread);
		if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {
			o = initialValue();
			valueMap.put(currentThread, o);
		}
		return o;
	}
	
	public void remove() {
		valueMap.remove(Thread.currentThread());
	}
	
	public Object initialValue() {
		return null;
	}
}

ThreadLocal的运用

下面是我在项目中运用ThreadLocal来实现多线程情况下，用户信息的管理Session：

package com.benjamin.common.session;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Created by piqiu on 2/27/16.
 * 用户Session信息保管类
 */
public class UserSession {

    /** 保存用户的信息 **/
    private static final ThreadLocal<Map<Object, Object>> userThreadLocal = new ThreadLocal<>();

    protected UserSession(){}

    public static Object get(String attribute) {
        Map<Object, Object> userInfo = userThreadLocal.get();
        Object o = null;
        if (userInfo != null) {
            o = userInfo.get(attribute);
        }
        return o;
    }

    public static <T> T get(String attribute, Class<T> clazz) {
        return (T)get(attribute);
    }

    public static void set(Object attribute, Object value) {
        Map<Object, Object> userInfo = userThreadLocal.get();
        if (userInfo == null) {
            userInfo = new HashMap<>();
            userThreadLocal.set(userInfo);
        }
        userInfo.put(attribute, value);
    }
}

ThreadLocal与Thread同步机制的比较

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，那么，ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？
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的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
而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal为每一个线程提供一个独特的变量副本，从而隔离了多个线程对访问数据的冲突。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提供了线程安全的对象封装，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：访问串行化，对象共享化。而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式：访问并行化，对象独享化。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。