深入浅出 ThreadLocal（一）

本文参考http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/51926/，对其中的程序进行了改写

一、概述

ThreadLocal是什么呢？其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本，它并不是一个Thread，而是threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适。线程局部变量(ThreadLocal)其实的功用非常简单，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Java中一种较为特殊的线程绑定机制，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，每个线程都保持一个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）。

通过ThreadLocal存取的数据，总是与当前线程相关，也就是说，JVM 为每个运行的线程，绑定了私有的本地实例存取空间，从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种隔离机制。

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单，在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。

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，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。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。

二、API说明

ThreadLocal()

          创建一个线程本地变量。

T get()

          返回此线程局部变量的当前线程副本中的值，如果这是线程第一次调用该方法，则创建并初始化此副本。

protected  T initialValue()

          返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次，即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(T) 方法，则不会在线程中再调用 initialValue 方法。

   若该实现只返回 null；如果程序员希望将线程局部变量初始化为 null 以外的某个值，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。initialValue 的典型实现将调用一个适当的构造方法，并返回新构造的对象。

void remove()

          移除此线程局部变量的值。这可能有助于减少线程局部变量的存储需求。如果再次访问此线程局部变量，那么在默认情况下它将拥有其 initialValue。

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。许多应用程序不需要这项功能，它们只依赖于 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。

在程序中一般都重写initialValue方法，以给定一个特定的初始值。

三 、示例

创建一个Bean，通过不同的线程对象设置Bean属性，保证各个线程Bean对象的独立性。

示例代码：

package com.yangyang;

import java.util.Random;

public class ThreadLocalTest implements Runnable{
    /**
     * 学生实体
     * @author shunyang
     * @date 2015年3月5日 下午3:34:58
     */
    public class Student{
        /**年龄**/
        private int age;

        public int getAge() {
            return age;
        }

        public void setAge(int age) {
            this.age = age;
        }
        
    }    
    //创建线程局部变量studentLocal，用来保存Student对象
    public final static ThreadLocal studentLocal=new ThreadLocal();

    public static void main(String[] args) {
        ThreadLocalTest td = new ThreadLocalTest();
        Thread t1 = new Thread(td, "a");
        Thread t2 = new Thread(td, "b");
        t1.start();
        t2.start();
    }

    @Override
    public void run() {
        accessStudent();
    }
    
    
     public void accessStudent() {
            //获取当前线程的名字
            String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(currentThreadName + " is running!");
            //产生一个随机数并打印
            Random random = new Random();
            int age = random.nextInt(100);
            System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);
            //获取一个Student对象，并将随机数年龄插入到对象属性中
            Student student = getStudent2();
            student.setAge(age);
            System.out.println("thread " + currentThreadName + " first read age is:" + student.getAge());
            try {
                Thread.sleep(500);
            }
            catch (InterruptedException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
            System.out.println("thread " + currentThreadName + " second read age is:" + student.getAge());
     }
         /**
          * 使用本地线程变量来获取
          *@date 2015年3月5日 下午3:37:14 
          *@author shunyang
          * @return
          */
        protected Student getStudent1() {
            //获取本地线程变量并强制转换为Student类型
            Student student = (Student) studentLocal.get();
            //线程首次执行此方法的时候，studentLocal.get()肯定为null
            if (student == null) {
                //创建一个Student对象，并保存到本地线程变量studentLocal中
                student = new Student();
                studentLocal.set(student);
            }
            return student;
        }
        
        /**
         * 直接new
         *@date 2015年3月5日 下午3:37:03 
         *@author shunyang
         * @return
         */
        protected Student getStudent2() {
            return new Student();
        }
}

此时，由于accessStudent方法中的Student是局部变量，无论调用

Student student = getStudent1();

还是调用

Student student = getStudent2();

可以看到a、b两个线程age在不同时刻打印的值是完全相同的，

此时ThreadLocal的作用没有体现出来。

但是若将accessStudent方法改为：

public void accessStudent() {
            //获取当前线程的名字
            String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
            System.out.println(currentThreadName + " is running!");
            //产生一个随机数并打印
            Random random = new Random();
            int age = random.nextInt(100);
            System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);
            //获取一个Student对象，并将随机数年龄插入到对象属性中
          //  Student student = getStudent2();
            getStudent2().setAge(age);
            System.out.println("thread " + currentThreadName + " first read age is:" + getStudent2().getAge());
            try {
                Thread.sleep(500);
            }
            catch (InterruptedException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
            System.out.println("thread " + currentThreadName + " second read age is:" + getStudent2().getAge());
     }

不使用局部变量，不使用ThreadLocal的getStudent2()方法的时候，结果为：

发现，a.b两个线程无法读到正确的值，

此时若调用采用ThreadLocal的getStudent1()方法,结果为：

可以看到a、b两个线程age在不同时刻打印的值是完全相同的，通过妙用ThreadLocal，既实现多线程并发，游兼顾数据的安全性。

四、总结

ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据数据因并发产生不一致问题。ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本，通过访问副本来运行业务，这样的结果是耗费了内存，单大大减少了线程同步所带来性能消耗，也减少了线程并发控制的复杂度。

ThreadLocal不能使用原子类型，只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。

ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别。synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。

当然ThreadLocal并不能替代synchronized,它们处理不同的问题域。Synchronized用于实现同步机制，比ThreadLocal更加复杂。

五、ThreadLocal使用的一般步骤

1、在多线程的类（如ThreadDemo类）中，创建一个ThreadLocal对象threadXxx，用来保存线程间需要隔离处理的对象xxx。

2、在ThreadDemo类中，创建一个获取要隔离访问的数据的方法getXxx()，在方法中判断，若ThreadLocal对象为null时候，应该new()一个隔离访问类型的对象，并强制转换为要应用的类型。

3、在ThreadDemo类的run()方法中，通过getXxx()方法获取要操作的数据，这样可以保证每个线程对应一个数据对象，在任何时刻都操作的是这个对象。