Java多线程——线程范围内共享变量和ThreadLocal

多个线程访问共享对象和数据的方式

　　1.如果每个线程执行的代码相同，可以使用同一个Runnable对象，这个Runnable对象中有那个共享数据，例如，买票系统就可以这么做。

package java_thread;
//=================================================
// File Name       :	Runnable_demo2
//------------------------------------------------------------------------------
// Author          :	Common


class MyThread_2 implements Runnable{
	private int ticket = 5;	
	
	@Override
	public void run() {								//覆写Thread类中的run()方法
		// TODO 自动生成的方法存根
		for (int i=0;i<10;i++){
			synchronized (this) {					//设置需要同步的操作
				if(ticket>0){
					try{
						Thread.sleep(300);
					}catch(InterruptedException e){
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println("卖票：ticket="+ticket--);
				}
			}
//			this.sale();												//调用同步方法
		}
	}
	
//	public synchronized void sale(){			//声明同步方法
//		if(ticket>0){
//			try{
//				Thread.sleep(300);
//			}catch(InterruptedException e){
//				e.printStackTrace();
//			}
//			System.out.println("卖票：ticket="+ticket--);
//		}
//	}
	
}



//主类
//Function        : 	Thread_demo2
public class Runnable_demo2 {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO 自动生成的方法存根
		MyThread_2 mt = new MyThread_2();	//实例化Runnable子类对象
		Thread t1 = new Thread(mt);							//实例化Thread类对象
		Thread t2 = new Thread(mt);							//实例化Thread类对象
		Thread t3 = new Thread(mt);							//实例化Thread类对象
		t1.start();																	//启动线程
		t2.start();																	//启动线程
		t3.start();																	//启动线程
	}

}

　　2.如果每个线程执行的代码不同，这时候需要用不同的Runnable对象，有如下两种方式来实现这些Runnable对象之间的数据共享：

　　　　方法1：将共享数据封装在另外一个对象中，然后将这个对象逐一传递给各个Runnable对象。每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成，这样容易实现针对该数据进行的各个操作的互斥和通信。

package java_thread;

public class MultiThreadShareData {			//多线程卖票，一个加，一个减

	//private static ShareData1 data1 = new ShareData1();
	
	public static void main(String[] args) {
		ShareData1 data2 = new ShareData1();
		new Thread(new MyRunnable1(data2)).start();
		new Thread(new MyRunnable2(data2)).start();
		
		final ShareData1 data1 = new ShareData1();
		new Thread(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				data1.decrement();
				
			}
		}).start();
		new Thread(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				data1.increment();
				
			}
		}).start();

	}

}
	
	class MyRunnable1 implements Runnable{		//线程1
		private ShareData1 data1;
		public MyRunnable1(ShareData1 data1){
			this.data1 = data1;
		}
		public void run() {
			data1.decrement();
			
		}
	}
	
	class MyRunnable2 implements Runnable{		//线程2
		private ShareData1 data1;
		public MyRunnable2(ShareData1 data1){
			this.data1 = data1;
		}
		public void run() {
			data1.increment();
		}
	}

	class ShareData1 /*implements Runnable*/{　　//共享对象
/*		private int count = 100;
		@Override
		public void run() {
			// TODO Auto-generated method stub
			while(true){
				count--;
			}
		}*/
		
		private int j = 0;
		public synchronized void increment(){
			j++;
		}
		
		public synchronized void decrement(){
			j--;
		}
	}

　　　　方法2：将这些Runnable对象作为某一个类中的内部类，共享数据作为这个外部类中的成员变量，每个线程对共享数据的操作方法也分配给外部类，以便实现对共享数据进行的各个操作的互斥和通信，作为内部类的各个Runnable对象调用外部类的这些方法。

package java_thread;

//设计 4 个线程,其中两个线程每次对 j 增加 1,另外两个线程对 j 每次减少 1
public class ThreadTest1{
	
	private int j;
	public static void main(String args[]){
		ThreadTest1 tt=new ThreadTest1();
		Inc inc=tt.new Inc();
		Dec dec=tt.new Dec();
		for(int i=0;i<2;i++){
			Thread t=new Thread(inc);
			t.start();
			t=new Thread(dec);
			t.start();
		}
	}
	
	private synchronized void inc(){
		j++;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-inc:"+j);
	}
	
	private synchronized void dec(){
		j--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-dec:"+j);
	}
	
	class Inc implements Runnable{		//线程1
		public void run(){
			for(int i=0;i<5;i++){
				inc();
			}
		}
	}
	
	class Dec implements Runnable{		//线程2
		public void run(){
			for(int i=0;i<5;i++){
				dec();
			}
		}
	}
	
}

　　　　上面两种方式的组合：将共享数据封装在另外一个对象中，每个线程对共享数据的操作方法也分配到那个对象身上去完成，对象作为这个外部类中的成员变量或方法中的局部变量，每个线程的Runnable对象作为外部类中的成员内部类或局部内部类。

　　　　总之，要同步互斥的几段代码最好是分别放在几个独立的方法中，这些方法再放在同一个类中，这样比较容易实现它们之间的同步互斥和通信。

　　3.极端且简单的方式，即在任意一个类中定义一个static的变量，这将被所有线程共享。

 

package java_thread;

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

public class ThreadScopeShareData {

	private static int data = 0;
	private static Map<Thread, Integer> threadData = new HashMap<Thread, Integer>();
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=0;i<2;i++){
			new Thread(new Runnable(){
				@Override
				public void run() {
					int data = new Random().nextInt();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has put data :" + data);
					threadData.put(Thread.currentThread(), data);
					new A().get();
					new B().get();
				}
			}).start();
		}
	}
	
	static class A{
		public void get(){
			int data = threadData.get(Thread.currentThread());
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() + " get data :" + data);
		}
	}
	
	static class B{
		public void get(){
			int data = threadData.get(Thread.currentThread());			
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() + " get data :" + data);
		}		
	}
}

 

ThreadLocal实现线程范围的共享变量，ThreadLocal类就相当于一个Map

见下页的示意图和辅助代码解释ThreadLocal的作用和目的：

　　1.用于实现线程内的数据共享，即对于相同的程序代码，多个模块在同一个线程中运行时要共享一份数据，而在另外线程中运行时又共享另外一份数据。

　　2.每个线程调用全局ThreadLocal对象的set方法，就相当于往其内部的map中增加一条记录，key分别是各自的线程，value是各自的set方法传进去的值。在线程结束时可以调用ThreadLocal.clear()方法，这样会更快释放内存，不调用也可以，因为线程结束后也可以自动释放相关的ThreadLocal变量。

ThreadLocal的应用场景：

　　1、订单处理包含一系列操作：减少库存量、增加一条流水台账、修改总账，这几个操作要在同一个事务中完成，通常也即同一个线程中进行处理，如果累加公司应收款的操作失败了，则应该把前面的操作回滚，否则，提交所有操作，这要求这些操作使用相同的数据库连接对象，而这些操作的代码分别位于不同的模块类中。 

　　2、银行转账包含一系列操作： 把转出帐户的余额减少，把转入帐户的余额增加，这两个操作要在同一个事务中完成，它们必须使用相同的数据库连接对象，转入和转出操作的代码分别是两个不同的帐户对象的方法。

　　3、例如Strut2的ActionContext，同一段代码被不同的线程调用运行时，该代码操作的数据是每个线程各自的状态和数据，对于不同的线程来说，getContext方法拿到的对象都不相同，对同一个线程来说，不管调用getContext方法多少次和在哪个模块中getContext方法，拿到的都是同一个。

实验案例：定义一个全局共享的ThreadLocal变量，然后启动多个线程向该ThreadLocal变量中存储一个随机值，接着各个线程调用另外其他多个类的方法，这多个类的方法中读取这个ThreadLocal变量的值，就可以看到多个类在同一个线程中共享同一份数据。

实现对ThreadLocal变量的封装，让外界不要直接操作ThreadLocal变量。

　　对基本类型的数据的封装，这种应用相对很少见。

　　对对象类型的数据的封装，比较常见，即让某个类针对不同线程分别创建一个独立的实例对象。

package java_thread;

import java.util.Random;

public class ThreadLocalTest {

	private static ThreadLocal<Integer> x = new ThreadLocal<Integer>();
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=0;i<2;i++){
			new Thread(new Runnable(){
				@Override
				public void run() {
					int data = new Random().nextInt();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
							+ " has put data :" + data);
					x.set(data);     //存放与当前线程有关的数据
					new A().get();
					new B().get();
				}
			}).start();
		}
	}
	
	static class A{
		public void get(){
			int data = x.get();
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " get data :" + data);
		}
	}
	
	static class B{
		public void get(){
			int data = x.get();			
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " get data :" + data);		
		}		
	}
}

 

使用ThreadLocal实现在线程范围内共享变量

package java_thread;

import java.util.Random;

public class ThreadLocalTest {

	private static ThreadLocal<Integer> x = new ThreadLocal<Integer>();
	//private static ThreadLocal<MyThreadScopeData> myThreadScopeData = new ThreadLocal<MyThreadScopeData>();
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=0;i<2;i++){
			new Thread(new Runnable(){
				@Override
				public void run() {
					int data = new Random().nextInt();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
							+ " has put data :" + data);
					x.set(data);				//存放与当前线程有关的数据
/*					MyThreadScopeData myData = new MyThreadScopeData();
					myData.setName("name" + data);
					myData.setAge(data);
					myThreadScopeData.set(myData);*/
					MyThreadScopeData.getThreadInstance().setName("name" + data);
					MyThreadScopeData.getThreadInstance().setAge(data);
					new A().get();
					new B().get();
				}
			}).start();
		}
	}
	
	static class A{
		public void get(){
			int data = x.get();
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " get data :" + data);
/*			MyThreadScopeData myData = myThreadScopeData.get();;
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " getMyData: " + myData.getName() + "," +
					myData.getAge());*/
			MyThreadScopeData myData = MyThreadScopeData.getThreadInstance();
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " getMyData: " + myData.getName() + "," +
					myData.getAge());
		}
	}
	
	static class B{
		public void get(){
			int data = x.get();			
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() + " get data :" + data);
			MyThreadScopeData myData = MyThreadScopeData.getThreadInstance();
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " getMyData: " + myData.getName() + "," +
					myData.getAge());			
		}		
	}
}

class MyThreadScopeData{
	private MyThreadScopeData(){}				//构造方法私有化
	public static /*synchronized*/ MyThreadScopeData getThreadInstance(){
		MyThreadScopeData instance = map.get();		//通过map来判断有没有其他线程生成实例对象，如果没有就创建，所以不需要加入synchronized
		if(instance == null){
			instance = new MyThreadScopeData();
			map.set(instance);
		}
		return instance;
	}
	//private static MyThreadScopeData instance = null;//new MyThreadScopeData();
	private static ThreadLocal<MyThreadScopeData> map = new ThreadLocal<MyThreadScopeData>();//把ThreadLocal封装在一个类的内部
	
	private String name;
	private int age;
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
}