初识ThreadLocal

近期公司在进行Java开发者的招聘活动，当中有一道面试题是这种：“请简单描写叙述一下ThreadLocal类的作用。” 结果发现有非常多的面试者没有听说过ThreadLocal或者听说过却不知道这个类到底是用来做什么的。

因此这里写一篇博客来介绍一下ThreadLocal这个类。

 

在我们日常的项目开发中，ThreadLocal并非一个常常使用的类。它很多其它的是被用在诸如Spring，Tomcat或者是Hibernate这些封装了多线程并发的框架或是容器中。

而它的目的也正是为了解决多线程并发訪问共享数据的问题。

 

虽然普通开发者非常少有机会涉及到它。了解ThreadLocal也依旧有助于他们来学习Java并发编程。

通过阅读ThreadLocal的源代码并了解它解决并发问题的思路，开发者能够更好的理解代码中遇到的多线程bug，更不用提那些在项目开发中须要用到多线程编程的开发者了。

因此，不论你是否用到了ThreadLocal类，都非常有必要学习一下它。

 

在我们讨论代码细节之前，先来看看java concurrent in practice中对于多线程并发问题的描写叙述：

     “全部的多线程问题都能够归结为多个线程訪问共享的可变状态时的管理问题。

”

 

这里的状态也就我们说的数据。这句话说明多线程问题必须在下面三个条件都满足的时候才会发生：

1. 拥有多个线程

2. 共享状态

3. 该状态可变

 

假设当中不论什么一个条件没有办法满足。都不会出现多线程问题：

1. 仅仅有单一的线程。 非常显然，这并没有多线程问题。

2. 共享状态不可变。 如果某条数据被多线程共享。然而该数据是不可变数据。那么它便没有多线程问题。

举例来说： Java中的String类型就是不可变的，因此String的共享并不会导致多线程安全问题。

3. 多线程不共享状态。

随意的数据都由某个线程独占，不与其它线程分享，因此也不会出现多线程问题。

 

那么对应的，解决多线程问题的办法有下面几种：

1. 在訪问状态变量时使用同步。

这是最主要的想法，不论什么一本Java多线程编程的书都会具体描写叙述怎样在Java中使用同步，这里不再赘述。

2. 将状态变量改动为不可变的变量。很多新的编程语言，诸如Scala。便是採用这种办法来解决多线程问题的。

3. 避免线程之间共享状态变量。 我们今天讨论的ThreadLocal，便是属于此类解决的方法。

 

刚刚接触ThreadLocal的同学常常会问这样一个问题：“ThreadLocal是线程安全的么？” 这个问题非常难回答，由于当你问这个问题的时候，便默认的觉得ThreadLocal是为了解决多线程之间共享状态的訪问问题的。尽管ThreadLocal的目的正是如此，可是它所採用的办法是“避免多线程之间共享状态”。

既然没有了多线程的共享状态。也就无所谓是否线程安全了。

因此不能简单的说ThreadLocal是否线程安全，这个问题事实上没有意义。

那么ThreadLocal是怎样做到“避免多线程之间的状态共享”的呢？通过在内部维护一个（当前线程 ->对象）的映射表。每一个线程都仅仅能訪问到映射到自己线程的对象。而无法訪问其他线程的对象。通过这样的方法。避免了多线程之间的状态共享，自然也就无所谓线程安全问题了。

 

假设你将某个对象的引用扩散到多个线程中，并将其设置到ThreadLocal里，那么多个线程所指向的便是同一个对象，对它的訪问当然也是有线程安全问题的。从这个角度来讲，ThreadLocal并非线程安全的。

 

换一个角度来描写叙述： TheadLocal并没有真正解决多线程共享状态的安全问题。它仅仅是通过避免状态共享的办法规避了多线程安全问题。

 

我们来看一下ThreadLocal的源代码（JDK1.6）：

/**
 * Returns the value in the current thread's copy of this
 * thread-local variable.  If the variable has no value for the
 * current thread, it is first initialized to the value returned
 * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
 *
 * @return the current thread's value of this thread-local
 */
public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null)
            return (T)e.value;
    }
    return setInitialValue();
}

 

能够看到，当ThreadLocal的get方法被调用时，首先利用当前线程作为key获得了一个map，而这个map便是当前线程专属的，其他线程无法訪问。在从该Map中找到对应的对象并返回。

 

而set方法正好相反：

/**
 * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
 * to the specified value.  Most subclasses will have no need to
 * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
 * method to set the values of thread-locals.
 *
 * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
 *        this thread-local.
 */
public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

 

我们来看一个在Hibernate中使用ThreadLocal的样例：

private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder
       = new ThreadLoca<Connection>() {

          public Connection initialValue() {
               return DriverManager.getConnection(DB_URL);
          }
     };
public static Connection getConnection() {
     return ConnectionHolder.get();
}

 

 

上面的样例是一个最经典的ThreadLocal使用案例： 在单线程中创建一个单例变量。并在程序启动时初始化该单例变量，从而避免在调用每个方法时都要传递该变量。然而该单例可能并非线程安全的，因此，当多线程应用程序在没有互相协作的情况下，能够通过将该单例变量保存到ThreadLocal中。以确保每个线程都拥有属于自己的实例。

 

在这里，一个更好理解的说法便是：该单例是一个线程内单例，在多线程应用中，每一个线程里都有一个该单例。

 

通过学习ThreadLocal，我们可以对正确的在项目中使用它。同一时候。也可以帮助我们对多线程编程有一个更深的认识.

(该文同一时候发表在http://mabusyao.iteye.com/blog/2224898)