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ThreadLocal是什么?
线程局部变量,访问某个变量的每个线程都有自己的局部变量,它独立于变量的初始化副本。
它的功用非常简单,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。
ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段,它们希望将状态与某一个线程(例如,用户 ID 或事务 ID)相关联。每个线程都保持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)。
ThreadLocal的接口方法
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protected T initialValue() :返回此线程局部变量的初始值
线程第一次使用 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。 -
public T get() :返回此线程局部变量的当前线程的值
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。
-
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。
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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。
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,通常使用一个内部类对ThreadLocal进行实例化。
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();
}
}
ThreadLocal的内部实现
先看看ThreadLocal类的部分源码:
public class ThreadLocal<T> {
//省略...
126 protected T initialValue() {
127 return null;
128 }
159 public T get() {
160 Thread t = Thread.currentThread();
//当前线程为key存入ThreadLocalMap 中
161 ThreadLocalMap map = getMap(t);
162 if (map != null) {
163 ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
164 if (e != null) {
165 @SuppressWarnings("unchecked")
166 T result = (T)e.value;
167 return result;
168 }
169 }
170 return setInitialValue();
171 }
199 public void set(T value) {
200 Thread t = Thread.currentThread();
201 ThreadLocalMap map = getMap(t);
202 if (map != null)
203 map.set(this, value);
204 else
205 createMap(t, value);
206 }
219 public void remove() {
220 ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
221 if (m != null)
222 m.remove(this);
223 }
}
我们可以很明显的看出ThreadLocal把线程和线程局部变量存在ThreadLocalMap中,而ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态类部类,我们来看看ThreadLocalMap 的部分源码:
308 static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
309
310 Object value;
311
312 Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
313 super(k);
314 value = v;
315 }
316 }
这个Map的key是ThreadLocal对象的弱引用,当要抛弃掉ThreadLocal对象时,垃圾收集器会忽略这个key的引用而清理掉ThreadLocal对象 。
那么到底是ThreadLocal还是Thread持有ThreadLocalMap对象的引用呢?
我们在Thread源码中发现:
180 /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
181 * by the ThreadLocal class. */
182 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
ThreadLocalMap变量属于Thread的内部属性,不同的Thread拥有完全不同的ThreadLocalMap变量.
Thread中的ThreadLocalMap变量的值是在ThreadLocal对象进行set或者get操作时创建的.
在创建ThreadLocalMap之前,会首先检查当前Thread中的ThreadLocalMap变量是否已经存在,如果不存在则创建一个;如果已经存在,则使用当前Thread已创建的ThreadLocalMap.
ThreadLocal如何做到线程安全
从上面的分析我们可以得出:
-
因为每个Thread在进行对象访问时,访问的都是各自线程自己的ThreadLocalMap,所以保证了Thread与Thread之间的数据访问隔离。
-
不同的ThreadLocal实例操作同一Thread时,ThreadLocalMap在存储时采用当前ThreadLocal的实例作为key来保证数据访问隔离(上面源码Entry处可以看出)。
举个例子说明:
public class Test
{
static ThreadLocal<Integer> local=new ThreadLocal<Integer>(){
protected synchronized Integer initialValue(){
return 0;
}
};
public static void main( String args[]){
testRun t = new testRun();
new Thread(t).start();
new Thread(t).start();
}
public static class testRun implements Runnable{
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
for(int i=5 ;i>0;i--){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"::"+local.get());
int localValue=local.get();
local.set(++localValue);
}
}
}
}
输出结果为:
Thread-0::0
Thread-1::0
Thread-0::1
Thread-1::1
Thread-1::2
Thread-0::2
Thread-1::3
Thread-0::3
Thread-0::4
Thread-1::4
TheadLocal模式与同步机制的区别
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同步机制采用了“以时间换空间”的方式,提供一份变量,让不同的线程排队访问.而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式,为每一个线程都提供一份变量的副本,从而实现同时访问而互不影响。
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Java中的synchronized是一个保留字,它依靠JVM的锁机制来实现临界区的函数或者变量的访问中的原子性.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.此时,被用作“锁机制”的变量是多个线程共享的;
而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。 - 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。